数据结构与算法之排序(归纳总结二)

  交换类排序主要是通过两两比较待排元素的关键字,若发现与排序要求相逆,则“交换”之。在这类排序方法中最常见的是起泡排序和快速排序,其中快速排序是一种在实际应用中具有很好表现的算法。

1.冒泡排序

a.算法描述

  起泡排序的思想非常简单。首先,将n个元素中的第一个和第二个进行比较,如果两个元素的位置为逆序,则交换两个元素的位置;进而比较第二个和第三个元素关键字,如此类推,直到比较第n-1个元素和第n个元素为止;上述过程描述了起泡排序的第一趟排序过程,在第一趟排序过程中,我们将关键字最大的元素通过交换操作放到了具有n个元素的序列的最一个位置上。然后进行第二趟排序,在第二趟排序过程中对元素序列的前n-1个元素进行相同操作,其结果是将关键字次大的元素通过交换放到第n-1个位置上。一般来说,第i趟排序是对元素序列的前n-i+1个元素进行排序,使得前n-i+1个元素中关键字最大的元素被放置到第n-i+1个位置上。排序共进行n-1趟,即可使得元素序列按关键字有序。

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b.算法实现

	public void bubbleSort(int[] r, int low, int high) {
		int n = high - low + 1;
		for (int i = 1; i < n; i++)
			for (int j = low; j <= high - i; j++)
				if (!compare(r[j], r[j + 1])) {
					int temp = r[j];
					r[j] = r[j + 1];
					r[j + 1] = temp;
				}

	}

  

【效率分析】
空间效率:仅使用一个辅存单元。
时间效率:假设待排序的元素个数为n,则总共要进行n-1趟排序,对j 个元素的子序列进行一趟起泡排序需要进行j-1 次关键字比较,起泡排序的时间复杂度为Ο(n²)。

c.算法示例

BubbleSort.java

package com.test.sort.exchange;


public class BubbleSort {

	/**
	 * @param args
	 */
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub

		System.out.println("冒泡排序排序功能实现》》》》");
		int[] arr = { 23, 54, 6, 2, 65, 34, 2, 67, 7, 9, 43 };

		BubbleSort sort = new BubbleSort();
		System.out.println("排序之前序列:");
		sort.printArr(arr);
		sort.bubbleSort(arr, 0, arr.length - 1);
		System.out.println("排序之后序列:");;
		sort.printArr(arr);
	}

	public void bubbleSort(int[] r, int low, int high) {
		int n = high - low + 1;
		for (int i = 1; i < n; i++)
			for (int j = low; j <= high - i; j++)
				if (!compare(r[j], r[j + 1])) {
					int temp = r[j];
					r[j] = r[j + 1];
					r[j + 1] = temp;
				}

	}// end of bubbleSort

	public boolean compare(int paramA, int paramB) {
		if (paramA < paramB) {
			return true;
		} else {
			return false;
		}
	}

	/**
	 * 依次打印出数组元素
	 */
	public void printArr(int[] arr) {
		if (arr != null) {
			for (int temp : arr) {
				System.out.print(temp + "   ");
			}
			System.out.println();
		}
	}

}

  

d.结果输出

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2.快速排序

a.算法描述

  快速排序是将分治法运用到排序问题中的一个典型例子,快速排序的基本思想是:通过一个枢轴(pivot)元素将n个元素的序列分为左、右两个子序列Ll和Lr,其中子序列Ll中的元素均比枢轴元素小,而子序列Lr中的元素均比枢轴元素大,然后对左、右子序列分别进行快速排序,在将左、右子序列排好序后,则整个序列有序,而对左右子序列的排序过程直到子序列中只包含一个元素时结束,此时左、右子序列由于只包含一个元素则自然有序。用分治法的三个步骤来描述快速排序的过程如下:

  1. 划分步骤:通过枢轴元素x将序列一分为二, 且左子序列的元素均小于x,右子序列的元素均大于x;
  2. 治理步骤:递归的对左、右子序列排序;
  3. 组合步骤:无
  从上面快速排序算法的描述中我们看到,快速排序算法的实现依赖于按照枢轴元素x对待排序序列进行划分的过程。对待排序序列进行划分的做法是:使用两个指针low 和high分别指向待划分序列r的范围,取low所指元素为枢轴,即pivot = r[low]。划分首先从high所指位置的元素起向前逐一搜索到第一个比pivot小的元素,并将其设置到low所指的位置;然后从low所指位置的元素起向后逐一搜索到第一个比pivot大的元素,并将其设置到high所指的位置;不断重复上述两步直到low = high为止,最后将pivot设置到low与high共同指向的位置。使用上述划分方法即可将待排序序列按枢轴元素pivot分成两个子序列,当然pivot的选择不一定必须是r[low],而可以是r[low..high]之间的任何数据元素。

b.算法实现

//在划分算法的基础上,快速排序算法的递归实现   
public void quickSort(int[] r, int low, int high) { if (low < high) { int pa = partition(r, low, high); quickSort(r, low, pa - 1); quickSort(r, pa + 1, high); } }   //将序列划分为两个子序列并返回枢轴元素的位置 private int partition(int[] r, int low, int high) { int pivot = r[low]; // 使用r[low]作为枢轴元素 while (low < high) { // 从两端交替向内扫描 while (low < high && !compare(r[high], pivot)) high--; r[low] = r[high]; // 将比pivot小的元素移向低端 while (low < high && compare(r[low], pivot)) low++; r[high] = r[low]; // 将比pivot大的元素移向高端 } r[low] = pivot; // 设置枢轴 return low; // 返回枢轴元素位置 }

【效率分析】
空间效率:不确定,最坏情况下是n。
时间效率:假设待排序的元素个数为n,则总共要进行n-1趟排序,对j 个元素的子序列进行一趟起泡排序需要进行j-1 次关键字比较,起泡排序的时间复杂度为Ο(n log n)。

c.算法示例

QuickSort.java

package com.test.sort.exchange;

public class QuickSort {

	/**
	 * @param args
	 */
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub

		System.out.println("快速排序排序功能实现》》》》");
		int[] arr = { 23, 54, 6, 2, 65, 34, 2, 67, 7, 9, 43 };

		QuickSort sort = new QuickSort();
		System.out.println("排序之前序列:");
		sort.printArr(arr);
		sort.quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
		System.out.println("排序之后序列:");;
		sort.printArr(arr);
	}

	public void quickSort(int[] r, int low, int high) {
		if (low < high) {
			int pa = partition(r, low, high);
			quickSort(r, low, pa - 1);
			quickSort(r, pa + 1, high);
		}
	}

	private int partition(int[] r, int low, int high) {
		int pivot = r[low]; // 使用r[low]作为枢轴元素
		while (low < high) { // 从两端交替向内扫描
			while (low < high && !compare(r[high], pivot))
				high--;
			r[low] = r[high]; // 将比pivot小的元素移向低端
			while (low < high && compare(r[low], pivot))
				low++;
			r[high] = r[low]; // 将比pivot大的元素移向高端

		}
		r[low] = pivot; // 设置枢轴
		return low; // 返回枢轴元素位置
	}

	public boolean compare(int paramA, int paramB) {
		if (paramA < paramB) {
			return true;
		} else {
			return false;
		}
	}

	/**
	 * 依次打印出数组元素
	 */
	public void printArr(int[] arr) {
		if (arr != null) {
			for (int temp : arr) {
				System.out.print(temp + "   ");
			}
			System.out.println();
		}
	}
}

  

d.结果输出

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