經典排序演算法

2021-09-20 19:01:53 字數 2015 閱讀 7098

個人專欄見:

排序演算法是計算常用的演算法之一,本專案主要解決排序演算法原理與實現問題。

## 目錄

1、堆排序

2、快速排序

3、歸併排序

## 內容

### 1、堆排序

> 1、堆排序需要用二叉樹資料結構實現嗎?

> 不需要,堆排序用陣列實現。

> 2、什麼叫堆?

>堆是一顆完全二叉樹;每個結點的值都大於其葉子節點的值稱為大頂堆,每個節點的值都小於葉子節點稱為小頂堆。

> 3、怎麼做堆排序?

>堆排序涉及兩個過程:1)建堆;2)拆堆;

>拆堆就意味著建立大頂堆並不代表完成排序;

>兩個過程是通過陣列完成的。

堆排序涉及建堆、拆堆兩個過程。

#### 1、建堆(大頂堆)

> 假設陣列a[4,6,8,5,7],初始化為乙個(自然的)完全二叉樹,那麼其葉子非節點和葉子節點有對應關係,非葉子i的左右子節點分別為2*i+1、2*i+2。

* 1)從最後乙個非葉子節點開始遍歷所有節點;

* 2)遍歷每個節點同時判斷該節點與孩子節點關係是否滿足大頂堆要求,滿足則繼續1)的遍歷,不滿足則交換值大的葉子和該節點的值使滿足堆要求(堆調整),對被交換的子節點繼續堆調整直至滿足或為葉子節點。

#### 2、拆堆

* 1)從陣列的最後乙個元素開始遍歷到第乙個元素;

* 2)遍歷每個元素需要完成以下兩個步驟:1)交換第乙個元素和當前遍歷元素;2)調整當前遍歷元素之前的所有元素為大頂堆,即對當前遍歷之前的陣列元素建堆。

堆排序的最佳與平均演算法複雜度均為nlog(n)。**見[heapsort.cc](

ps:堆排序的應用

>100000個數值,找出最大的top10 (topn)。

>1. 取10個數,建小頂堆;

>2. 遍歷剩餘數,比較數與堆頂數大小,如果大於堆頂,則交換並調整堆。

### 2、快速排序

>快速排序(英語:quicksort),又稱劃分交換排序(partition-exchange sort),簡稱快排,一種排序演算法,最早由東尼·霍爾提出。在平均狀況下,排序n個專案需要 o(nlogn)次比較。在最壞狀況下則需要 $o(n^)$次比較,但這種狀況並不常見。事實上,快速排序 (nlogn)}通常明顯比其他演算法更快,因為它的內部迴圈(inner loop)可以在大部分的架構上很有效率地達成。

演算法步驟:

* 從數列中挑出乙個元素,稱為「基準」(pivot),

* 重新排序數列,所有比基準值小的元素擺放在基準前面,所有比基準值大的元素擺在基準後面(相同的數可以到任何一邊)。在這個分割結束之後,該基準就處於數列的中間位置。這個稱為分割(partition)操作。

* 遞迴地(recursively)把小於基準值元素的子數列和大於基準值元素的子數列排序。

**實現見[quicksort.cc](

### 3、歸併排序

>歸併排序(英語:merge sort,或mergesort),是建立在歸併操作上的一種有效的排序演算法,效率為o(nlogn)。2023年由約翰·馮·諾伊曼首次提出。該演算法是採用分治法(divide and conquer)的乙個非常典型的應用,且各層分治遞迴可以同時進行。

>,歸併演算法的核心是歸併操作(merge),指的是將兩個已經排序的序列合併成乙個序列的操作。

值得注意的是:

* 歸併排序採用了分治思想,也可以說是分治最基礎的表現演算法。

* 歸併操作的含義,理解歸併二字的含義,自然知道演算法怎麼實現。

如下圖:

![image](

圖示來自adam drozdek《c+資料結構與演算法》,圖示最明顯展現出了一下幾個特點:

> 1. 從圖示結構上看,資料在數量呈上下對稱結構。

> 2. 從資料次序變化上看,上半結構不斷二分法拆分資料,資料次序不變;下半部分不斷合併資料,合併的時候並將資料進行排列。

因遞迴方法的**實現上其實也遵循了以上兩條,將**的遞迴用分拆(<)、合併(>)兩步,並組合巢狀形成遞迴;而遞迴的展開即為<<<...>>>的邏輯對稱結構。

**實現見[mergesort.cc](

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