更新时间:2024-09-19 18:07
排序是计算机内经常进行的一种操作,其目的是将一组“无序”的记录序列调整为“有序”的记录序列。分内部排序和外部排序,若整个排序过程不需要访问外存便能完成,则称此类排序问题为内部排序。反之,若参加排序的记录数量很大,整个序列的排序过程不可能在内存中完成,则称此类排序问题为外部排序。内部排序的过程是一个逐步扩大记录的有序序列长度的过程。
将杂乱无章的数据元素,通过一定的方法按关键字顺序排列的过程叫做排序。
快速排序、希尔排序、堆排序、直接选择排序不是稳定的排序算法,而基数排序、冒泡排序、直接插入排序、折半插入排序、归并排序是稳定的排序算法。
◆稳定排序:假设在待排序的文件中,存在两个或两个以上的记录具有相同的关键字,在
用某种排序法排序后,若这些相同关键字的元素的相对次序仍然不变,则这种排序方法
是稳定的。其中冒泡,插入,基数,归并属于稳定排序,选择,快速,希尔,归属于不稳定排序。
◆就地排序:若排序算法所需的辅助空间并不依赖于问题的规模n,即辅助空间为O(1),
则称为就地排序。
已知一组无序数据a[1]、a[2]、……a[n],需将其按升序排列。首先比较a[1]与a[2]的值,若a[1]大于a[2]则交换两者的值,否则不变。再比较a[2]与a[3]的值,若a[2]大于a[3]则交换两者的值,否则不变。再比较a[3]与a[4],以此类推,最后比较a[n-1]与a[n]的值。这样处理一轮后,a[n]的值一定是这组数据中最大的。再对a[1]~a[n-1]以相同方法处理一轮,则a[n-1]的值一定是a[1]~a[n-1]中最大的。再对a[1]~a[n-2]以相同方法处理一轮,以此类推。共处理n-1轮后a[1]、a[2]、……a[n]就以升序排列了。降序排列与升序排列相类似,若a[1]小于a[2]则交换两者的值,否则不变,后面以此类推。 总的来讲,每一轮排序后最大(或最小)的数将移动到数据序列的最后,理论上总共要进行n(n-1)/2次交换。
优点:稳定。
缺点:慢,每次只能移动相邻两个数据。
program name;
var
a:array[1..N] of 1..MAX;
temp,i,j:integer;
begin
randomize;
for i:=1 to N do a:=1+random(MAX);
writeln('Array before sorted:');
for i:=1 to N do write(a,' ');
writeln;
for i:=N-1 downto 1 do
for j:=1 to i do
if a[j] begin temp:=a[j]; a[j]:=a[j+1]; a[j+1]:=temp end; writeln('Array sorted:'); for i:=1 to N do write(a,' '); writeln; writeln('End sorted.'); readln; end. 对N个数进行从小到大排序: 指定个数排序: static void Main(string[] args) { int[] arr = { 4, 2, 5, 7, 4, 9, 6, 21 }; for (int i = 0; i < arr.Length; i++) { for (int j = i + 1; j < arr.Length; j++) { int temp = 0; if (arr[i] > arr[j]) { temp = arr[i]; arr[i] = arr[j]; arr[j] = temp; } } } foreach (int num in arr) { } Console.ReadKey(); } 每一趟从待排序的数据元素中选出最小(或最大)的一个元素,顺序放在已排好序的数列的最后,直到全部待排序的数据元素排完。 选择排序是不稳定的排序方法(很多教科书都说选择排序是不稳定的,但是,完全可以将其实现成稳定的排序方法)。 n个记录的文件的直接选择排序可经过n-1趟直接选择排序得到有序结果: ①初始状态:无序区为R[1..n],有序区为空。 ②第1趟排序 在无序区R[1..n]中选出关键字最小的记录R[k],将它与无序区的第1个记录R[1]交换,使R[1..1]和R[2..n]分别变为记录个数增加1个的新有序区和记录个数减少1个的新无序区。 …… ③第i趟排序 第i趟排序开始时,当前有序区和无序区分别为R[1..i-1]和R(1≤i≤n-1)。该趟排序从当前无序区中选出关键字最小的记录 R[k],将它与无序区的第1个记录R交换,使R[1..i]和R分别变为记录个数增加1个的新有序区和记录个数减少1个的新无序区。 这样,n个记录的文件的直接选择排序可经过n-1趟直接选择排序得到有序结果。 优点:移动数据的次数已知(n-1次)。 缺点:比较次数多,不稳定。 插入排序:已知一组升序排列数据a[1]、a[2]、……a[n],一组无序数据b[1]、b[2]、……b[m],需将二者合并成一个升序数列。首先比较b[1]与a[1]的值,若b[1]大于a[1],则跳过,比较b[1]与a[2]的值,若b[1]仍然大于a[2],则继续跳过,直到b[1]小于a数组中某一数据a[x],则将a[x]~a[n]分别向后移动一位,将b[1]插入到原来a[x]的位置这就完成了b[1]的插入。b[2]~b[m]用相同方法插入。(若无数组a,可将b[1]当作n=1的数组a) 优点:稳定,快。 缺点:比较次数不一定,比较次数越多,插入点后的数据移动越多,特别是当数据总量庞大的时候,但用链表可以解决这个问题。 如果目标是把n个元素的序列升序排列,那么采用插入排序存在最好情况和最坏情况。最好情况就是,序列已经是升序排列了,在这种情况下,需要进行的比较操作需(n-1)次即可。最坏情况就是,序列是降序排列,那么此时需要进行的比较共有n(n-1)/2次。插入排序的赋值操作是比较操作的次数加上 (n-1)次。平均来说插入排序算法的时间复杂度为O(n^2)。因而,插入排序不适合对于数据量比较大的排序应用。但是,如果需要排序的数据量很小为量级小于千,那么插入排序还是一个不错的选择。 由希尔在1959年提出,是对直接插入排序的优化,又称希尔排序(Shell Sort)。 已知一组无序数据a[1]、a[2]、……a[n],需将其按升序排列。发现当n不大时,插入排序的效果很好。首先取一增量d(d program Shell; type arr=array[1..100] of integer; var a:arr; i,j,t,d,n:integer; bool:boolean; begin readln(n); for i:=1 to n do read(a[i]); d:=n; while d>1 do begin d:=d div 2; for j:=d+1 to n do begin t:=a[j]; i:=j-d; while (i>0) and (a[i]>t) do begin a[i+d]:=a[i]; i:=i-d; end; a[i+d]:=t; end; end; for i:=1 to n do write(a[i],' '); end. 优点:快,数据移动少。 缺点:不稳定,d的取值是多少,应取多少个不同的值,都无法确切知道,只能凭经验来取。 不需要大量的辅助空间,和归并排序一样容易实现。希尔排序是基于插入排序的一种算法, 在此算法基础之上增加了一个新的特性,提高了效率。希尔排序的时间复杂度为 O(N*(logN)2), 没有快速排序算法快 O(N*(logN)),因此中等大小规模表现良好,对规模非常大的数据排序不是 最优选择。但是比O(N2)复杂度的算法快得多。并且希尔排序非常容易实现,算法代码短而简单。 此外,希尔算法在最坏的情况下和平均情况下执行效率相差不是很多,与此同时快速排序在最坏 的情况下执行的效率会非常差。 专家门提倡,几乎任何排序工作在开始时都可以用希尔排序,若在实际使用中证明它不够快, 再改成快速排序这样更高级的排序算法. 本质上讲,希尔排序算法的一种改进,减少了其复制的次数,速度要快很多。 原因是,当N值很大时数据项每一趟排序需要的个数很少,但数据项的距离很长。 当N值减小时每一趟需要和动的数据增多,此时已经接近于它们排序后的最终位置。 正是这两种情况的结合才使希尔排序效率比插入排序高很多。 快速排序是大家已知的常用排序算法中最快的排序方法。 已知一组无序数据a[1]、a[2]、……a[n],需将其按升序排列。首先任取数据a[x]作为基准。比较a[x]与其它数据并排序,使a[x]排在数据的第k位,并且使a[1]~a[k-1]中的每一个数据a[x],然后采用分治的策略分别对a[1]~a[k-1]和a[k+1]~a[n]两组数据进行快速排序。 优点:极快,数据移动少。 缺点:不稳定。 program kuaipai; var a:array[1..100]of integer; k,l,n,i:integer; procedure kp(z,y:integer); var i,j,t:integer; begin i:=z; j:=y; t:=a[i]; repeat while (a[j]>t)and(j>i) do begin inc(k); dec(j); end; if i begin a[i]:=a[j]; inc(i); inc(l); while (a[i] begin inc(k); inc(i); end; if i a[j]:=a[i]; dec(j); inc(l); end; end; until i=j; a[i]:=t; inc(i); dec(j); inc(l); if z if i end; begin readln(n); for i:=1 to n do read(a[i]); k:=0; l:=0; kp(1,n); for i:=1 to n do write(a[i],' '); end. //化分区间,找到最后元素的排序位置。并返回分隔的点(即最后一数据排序的位置)。 //划分的区间是[nBegin, nEnd). pData是保存数据的指针 static int Partition(int[] pData, int nBeging, int nEnd) { int i = nBeging - 1; //分隔符号,最后nD保存在这里 --nEnd; int nD = pData[nEnd]; //比较的数据。 int nTemp; // 交换用的临时数据 //遍历数据比较,找到nD的位置,这里注意,比较结果是, //如果i的左边是小于等于nD的,i的右边是大于nD的 for (int j = nBeging; j < nEnd; ++j) { if (pData[j] <= nD) //如果数据比要比较的小,则在该数据的左边,与i+1交换 { ++i; //小于nD的数据多一个,所以要加1,i的左边数据都比nD小 nTemp = pData[i]; //交换数据 pData[i] = pData[j]; pData[j] = nTemp; } } //最后不要忘了吧nD和i+1交换,因为这里就是nD的位置咯。 ++i; pData[nEnd] = pData[i]; pData[i] = nD; return i; //返回nD的位置,就是分割的位置。 } //排序的递归调用。 static int QuickSortRecursion(int[] pData, int nBeging, int nEnd) { if (nBeging >= nEnd -1) //如果区域不存在或只有一个数据则不递归排序 { return 1; } //这里因为分割的时候,分割点处的数据就是排序中他的位置。 //也就是说他的左边的数据都小于等于他,他右边的数据都大于他。 //所以他不在递归调用的数据中。 int i = Partition(pData, nBeging, nEnd); //找到分割点 QuickSortRecursion(pData, nBeging, i); //递归左边的排序 QuickSortRecursion(pData, i + 1, nEnd); //递归右边的排序 return 1; } //快速排序 public static int QuickSort(int[] pData, int nLen) { //递归调用,快速排序。 QuickSortRecursion(pData, 0, nLen); return 1; } 已知一组无序正整数数据a[1]、a[2]、……a[n],需将其按升序排列。首先定义一个数组x[m],且m>=a[1]、a[2]、……a[n],接着循环n次,每次x[a]++。 1、箱排序的基本思想 箱排序也称桶排序(Bucket Sort),其基本思想是:设置若干个箱子,依次扫描待排序的记录R[0],R[1],…,R[n-1],把关键字等于k的记录全都装入到第k个箱子里(分配),然后按序号依次将各非空的箱子首尾连接起来(收集)。 2、箱排序中,箱子的个数取决于关键字的取值范围。 若R[0..n-1]中关键字的取值范围是0到m-1的整数,则必须设置m个箱子。因此箱排序要求关键字的类型是有限类型,否则可能要无限个箱子。 3、箱子的类型应设计成链表为宜 一般情况下每个箱子中存放多少个关键字相同的记录是无法预料的,故箱子的类型应设计成链表为宜。 4、为保证排序是稳定的,分配过程中装箱及收集过程中的连接必须按先进先出原则进行。 (1) 实现方法一 每个箱子设为一个链队列。当一记录装入某箱子时,应做人队操作将其插入该箱子尾部;而收集过程则是对箱子做出队操作,依次将出队的记录放到输出序列中。 (2) 实现方法二 若输入的待排序记录是以链表形式给出时,出队操作可简化为是将整个箱子链表链接到输出链表的尾部。这只需要修改输出链表的尾结点中的指针域,令其指向箱子链表的头,然后修改输出链表的尾指针,令其指向箱子链表的尾即可。 5、算法简析 分配过程的时间是O(n);收集过程的时间为O(m) (采用链表来存储输入的待排序记录)或O(m+n)。因此,箱排序的时间为O(m+n)。若箱子个数m的数量级为O(n),则箱排序的时间是线性的,即O(n)。箱排序实用价值不大,仅适用于作为基数排序的一个中间步骤。 优点:快,效率达到O(1)。 缺点:数据范围必须为正整数并且比较小。 归并排序是多次将两个或两个以上的有序表合并成一个新的有序表。最简单的归并是直接将两个有序的子表合并成一个有序的表。 归并排序是稳定的排序.即相等的元素的顺序不会改变。如输入记录 1(1) 3(2) 2(3) 2(4) 5(5) (括号中是记录的关键字)时输出的 1(1) 2(3) 2(4) 3(2) 5(5) 中的2 和 2 是按输入的顺序,这对要排序数据包含多个信息而要按其中的某一个信息排序,要求其它信息尽量按输入的顺序排列时很重要,这也是它比快速排序优势的地方。 program guibing; type arr=array[1..100] of integer; var a,b,c:arr; i:integer; procedure gb(r:arr;l,m,n:integer;var r2:arr); var i,j,k,p:integer; begin i:=l; j:=m+1; k:=l-1; while (i<=m)and (j<=n) do begin k:=k+1; if r[i]<=r[j] then begin r2[k]:=r[i]; i:=i+1 end else begin r2[k]:=r[j]; j:=j+1 end end; if i<=m then for p:=i to m do begin k:=k+1; r2[k]:=r[p] end; if j<=n then for p:=j to n do begin k:=k+1; r2[k]:=r[p] end; end; procedure gp( var r,r1:arr;s,t:integer); var k:integer; c:arr; begin if s=t then r1[s]:=r[s] else begin k:=(s+t) div 2; gp(r,c,s,k); gp(r,c,k+1,t); gb(c,s,k,t,r1) end; end; begin readln(n); for i:= 1 to n do read(a[i]); gp(a,b,1,n); for i:=1 to n do write(b[i],' '); writeln; end. 树形选择排序又称锦标赛排序(Tournament Sort),是一种按照锦标赛的思想进行选择排序的方法。首先对n个记录的关键字进行两两比较,然后在n/2个较小者之间再进行两两比较,如此重复,直至选出最小的记录为止。树形排序的要素就是让所有的左子树都比根及右子树大。 优点:效率高。 缺点:不稳定。 program shupai; type point=^nod; nod=record w:integer; right,left:point ; end; var a:array[1..100]of integer; root,first:point; k:boolean; i:integer; procedure hyt(d:integer;var p:point); begin if p=nil then begin new(p); with p^ do begin w:=d; right:=nil; left:=nil end; if k then begin root:=p; k:=false end; end else with p^ do if d>=w then hyt(d,right) else hyt(d,left); end; procedure hyt1(p:point); begin with p^ do begin if left<>nil then hyt1(left); write(w,' '); if right<>nil then hyt1(right); end; end; begin first:=nil; k:=true; readln(n); for i:=1 to n do read(a[i]); for i:=1 to n do hyt(a[i],first); hyt1(root); end.