php惯用的排序算法与二分法查找

程序员文章站 2022-05-18 08:49:36

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php常用的排序算法与二分法查找

一：归并排序

将两个的有序数列合并成一个有序数列，我们称之为"归并"。
归并排序(Merge Sort)就是利用归并思想对数列进行排序。根据具体的实现，归并排序包括"从上往下"和"从下往上"2种方式。

1. 从下往上的归并排序：将待排序的数列分成若干个长度为1的子数列，然后将这些数列两两合并；得到若干个长度为2的有序数列，再将这些数列两两合并；得到若干个长度为4的有序数列，再将它们两两合并；直接合并成一个数列为止。这样就得到了我们想要的排序结果

2. 从上往下的归并排序：它与"从下往上"在排序上是反方向的。它基本包括3步：
① 分解 -- 将当前区间一分为二，即求分裂点 mid = (low + high)/2;
② 求解 -- 递归地对两个子区间a[low...mid] 和 a[mid+1...high]进行归并排序。递归的终结条件是子区间长度为1。
③ 合并 -- 将已排序的两个子区间a[low...mid]和 a[mid+1...high]归并为一个有序的区间a[low...high]。

    /**      * 归并排序实现过程      * @param Array $arr 待排序的区间数组      * @param Int $start 第一个区间数组的起始位置      * @param Int $mid 第一个区间数组的结束位置，第二个区间数组的起始位置      * @param Int $end 第二个区间数组的结束位置      * @return void      */    function merge(Array &$arr,$start,$mid,$end)    {        $i = $start;        $j = $mid + 1;        $k = 0;         while($i $mid && $j $end)        {            if ($arr[$i] $arr[$j])    //判断两个区间数组各自数据的大小，并归类                $tmp[$k++] = $arr[$i++];            else                $tmp[$k++] = $arr[$j++];        }        while($i $mid)    //防止第一个区间有一个数据没有归类            $tmp[$k++] = $arr[$i++];        while($j $end) //防止第二个区间有一个数据没有归类            $tmp[$k++] = $arr[$j++];        // 将排序后的元素，全部都整合到数组arr中。        for ($i = 0; $i $k; ++$i)            $arr[$start + $i] = $tmp[$i];    }    /**      * 归并排序(从上往下)      * @param Array $arr 待排序的数组      * @param Int $start 数组起始位置      * @param Int end 数组结束位置      * @return void      */    function merge_sort(Array &$arr,$start=0,$end=0)    {        $len = count($arr);        if($len $start >= $end)            return $arr;        $mid = intval(($start + $end) / 2); //分区间            merge_sort($arr,$start,$mid);        merge_sort($arr,$mid+1,$end);        merge($arr,$start,$mid,$end);    }

   //从下往上与此刚好相反

二：快速排序

通过一趟排序将要排序的数据分割成独立的两部分，其中一部分的所有数据都比另外一部分的所有数据都要小，然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序，整个排序过程可以递归进行，以此达到整个数据变成有序序列。快速排序主体算法时间运算量约 O(log2n) ，划分子区函数运算量约 O(n) ，所以总的时间复杂度为 O(nlog2n) ，它显然优于冒泡排序 O(n2). 可是算法的优势并不是绝对的。试分析，当原文件关键字有序时，快速排序时间复杂度是 O(n2), 这种情况下快速排序不快。而这种情况的冒泡排序是 O(n), 反而很快。在原文件记录关键字无序时的多种排序方法中，快速排序被认为是最好的一种排序方法。

    /**      * 快速排序      * @param Array $arr 待排序的数组      * @return Array 排序后的数组      */    function quick_sort(Array $arr)    {        $len = count($arr);        if($len )            return $arr;        $tmp = $arr[0];        $left_arr = [];        $right_arr = [];        for($i = 1; $i $len; ++$i)        {            if($arr[$i] $tmp)                $left_arr[] = $arr[$i];            else                $right_arr[] = $arr[$i];        }        //递归分类        $left_arr = quick_sort($left_arr);        $right_arr = quick_sort($right_arr);        return array_merge($left_arr,array($tmp),$right_arr);    }

三：冒泡排序

两两比较待排序数据元素的大小，发现两个数据元素的次序相反时即进行交换，直到没有反序的数据元素为止。该算法的时间复杂度为O(n²)。但是，当原始关键字序列已有序时，只进行一趟比较就结束，此时时间复杂度为O(n)。

    /**      * 冒泡排序      * @param Array $arr 待排序的数组      * @return Array 排序后的数组      */    function bubble_sort(Array $arr)    {        $len = count($arr);        for($i = 0; $i $len; ++$i)        {            for($j = $len - 1; $j > $i; --$j)            {                if($arr[$j] $arr[$j-1])                {                    $tmp = $arr[$j];                    $arr[$j] = $arr[$j-1];                    $arr[$j-1] = $tmp;                }            }        }        return $arr;    }

四：插入排序

每次将一个待排序的数据元素插入到前面已经排好序的数列中，使数列依然有序，知道待排序数据元素全部插入完为止。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，例如，量级小于千，那么插入排序还是一个不错的选择

    /**      * 插入排序      * @param Array $arr 待排序的数组      * @return Array 排序后的数组      */    function insert_sort(Array $arr)    {        $len = count($arr);        for($i = 1; $i $len; ++$i)        {            $tmp = $arr[$i];            $j = $i - 1;            //把数据插入到合适的位置(交换位置)            while($j >= 0 && $arr[$j] > $tmp)            {                $arr[$j+1] = $arr[$j];                $arr[$j] = $tmp;                --$j;            }        }        return $arr;    }

五：选择排序

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。时间复杂度为o(n2),不稳定排序，适合规模比较小的

    /**      * 选择排序      * @param Array $arr 待排序的数组      * @return Array 排序后的数组      */    function select_sort(Array $arr)    {        $len = count($arr);        for($i = 0; $i $len; ++$i)        {            $k = $i;    //标记当前索引            for($j = $i + 1; $j $len; ++$j)            {                if($arr[$j] $arr[$k])                    $k = $j; //获取当前最小值索引                if($k != $i) //如果最小值得索引发生变化                {                    $tmp = $arr[$i];                    $arr[$i] = $arr[$k];                    $arr[$k] = $tmp;                }            }        }        return $arr;    }

六：二分查找

    /**      * 二分查找      * @param Array $arr 待查找的数组      * @param Int $key 要查找的关键字      * @return Int      */    function bin_search(Array $arr,$key)    {        $high = count($arr);        if($high )            return 0;        $low = 0;        while($low $high)        {                 //当前查找区间arr[low..high]非空              $mid=intval(($low + $high) / 2);            if($arr[$mid] == $key)                 return $mid; //查找成功返回            if($arr[$mid] > $key)                $high = $mid - 1; //继续在arr[low..mid-1]中查找            else                $low = $mid + 1; //继续在arr[mid+1..high]中查找        }        return 0; //当low>high时表示查找区间为空，查找失败    }    $arr = array(1,2,4,6,10,40,50,80,100,110);    echo bin_search($arr,80);