Python 排序 冒泡排序 希尔排序 快速排序 插入排序 选择排序 归并排序
程序员文章站
2022-05-12 16:55:38
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排序
1 冒泡排序—-稳定
- 最大的数像冒泡一样依次浮出
- 紧挨着的两个数,两两相比,通过交换,大的永远排在后,依次循环,替换,最大的数就排在了最后面
- 两个for循环嵌套,内部循环负责从左到右依次比对,外部循环负责比对循环的次数
- 立旗优化,若循环一遍,没有更替,则已为正序排序,直接退出循环
- 时间复杂度 最优:O(n),最坏O(n**2)
- 最优 遍历一次发现没有任何需要交换的元素
def bubble_sort(alist):
"""冒泡排序"""
n = len(alist)
for j in range(1,n-1):
# exchange_flag = False
for i in range(n-j):
if alist[i] > alist[i+1]:
alist[i],alist[i+1] = alist[i+1],alist[i]
exchange_flag = True
# if not exchange_flag:
# break
2 选择排序—-不稳定
- 立旗,给元素做标记,记为最小值,依次拿其他元素做对比,遇到把比它小的元素,更改标记,直至找到最小的元素
- 按着列表排列顺序,依次更换
- 外循环负责每次内循环开启时,最小值旗帜的开始位置
- 内循环负责找出最小时,并排序
- 时间复杂度:最优最坏均为O(n**2)
def selection_sort(alist):
"""选择排序"""
n = len(alist)
for j in range(n):
min_flag = j
for i in range(j+1,n):
if alist[i] < alist[min_flag]:
min_flag = i
alist[j],alist[min_flag] = alist[min_flag],alist[j]
3 插入排序—-稳定
- 将序列分为两部分,一部分是有序的,一部分是无序的
- 起始:将角标为0的元素认定为有序的,后面的认为是无序的
- 将无序的元素与有序的元素,逐个对比,若无序元素大,则不变,
- 若无序元素小,则与比对元素替换,并继续与角标小的有序元素逐个继续比对, 直至比对到无序元素为大
- 两个for循环,内部循环负责依次往前比对,遇到比自己大的元素则替换
- 外部循环负责每次内部循环开始的位置,从角标1到最后
- 时间复杂度:最优O(n) 最坏O(n**2)
- 最优:升序排列,序列已经处于升序状态
def insert_sort(alist):
"""插入排序"""
n = len(alist)
for j in range(1,n):
for i in range(j,0,-1):
if alist[i] < alist[i-1]:
alist[i],alist[i-1] = alist[i-1],alist[i]
else:
break
4 希尔排序—-不稳定
- 插入排序的优化版本,将无序的序列变得相对有序
- 内部循环每次根据步长分组,每次循环的步长为上次的一半,直至最后一次按照插入排序进行
- 原理是相对有序的序列在进行插入排序的时候break的机会增多,时间复杂度为nlogn~ n**2
- 内部循环因为步长不同的时候均有循环,不确定循环次数,用while,用i<=gap控制循环结束
- 时间复杂度:最优:以步长序列不同而不同 最坏:O(n**2)
- 最坏:步长为1,即插入排序
def shell_sort(alist):
"""希尔排序"""
n = len(alist)
gap = n//2
while gap > 0:
for i in range(gap, n):
while i >= gap and alist[i] < alist[i - gap]:
alist[i], alist[i - gap] = alist[i - gap], alist[i]
i -= gap
gap //= 2
5 快速排序—-不稳定
- 设立一个基准值,起始值为下标为0的数
- 序列左边和序列最右边各有一个游标
- 从右游标开始,和基准值做对比,如果比基准值大,则右游标向左移动,否则,将该值替换到左标记的位置
- 替换之后,换左标记的位置开始右移比对,如果小于基准值,继续右移,否则,将该值替换到右标记的位置
- 左右游标依次活动,直至相遇,相遇时,把把基准值赋给左游标的元素
- 在相遇处的左右两边继续进行此项活动
- 和归并排序相比因为不需要开辟额外空间,所以应用更多,置于稳定,看应用场景,如果需要稳定排序,则考虑归并排序
- 时间复杂度 最优:O(nlogn),最坏O(n**2)
- 每次排序时间复杂度O(n),一共执行了logn次
- 最坏考虑的情况是,例如:每次设立基准值之后,右边只有大于它的数
def quick_sort(alist,start,end):
"""快速排序"""
if start >= end:
return
left = start
right = end
base_value = alist[left]
while left < right:
while left < right and base_value <= alist[right]:
right -= 1
alist[left] = alist[right]
while left < right and base_value > alist[left]:
left += 1
alist[right] = alist[left]
alist[left] = base_value
quick_sort(alist,start,left-1)
quick_sort(alist,left+1,end)
归并排序—-稳定
- 递归思想,自己调用自己进行拆分
- 第一步:二步拆分,直至把所有的元素拆开为单个存在的列表
- 第二步:循环,合并数组,逐步分组排序,两组直接进行比较列表
- 新建列表,把元素按大小加入到新的列表中
- 时间复杂度:最优最坏均为:O(nlogn)
- 拆分为O(1),两两合并为O(n),两两合并共执行了logn次
- 归并排序因为重新定义了一个列表,所以在空间上额外需要消耗一块内存
def merge_sort(alist):
"""归并排序"""
n = len(alist)
if n == 1:
print(alist)
return alist
left,right = 0,0
mid_flag = n // 2
left_list = merge_sort(alist[:mid_flag])
right_list = merge_sort(alist[mid_flag:])
merge_sort_list = []
lcount = len(left_list)
rcount = len(right_list)
while left < lcount and right < rcount:
# 加上等号,是稳定的
if left_list[left] <= right_list[right]:
merge_sort_list.append(left_list[left])
left += 1
else:
merge_sort_list.append(right_list[right])
right += 1
merge_sort_list += left_list[left:]
merge_sort_list += right_list[right:]
return merge_sort_list
if __name__ == '__main__':
alist = [54,26,93,17,77,31,44,55,20]
# bubble_sort(alist)
# selection_sort(alist)
# insert_sort(alist)
# quick_sort(alist,0,len(alist)-1)
# shell_sort(alist)
# print(alist)
print(merge_sort(alist))
"""
归并排序执行步骤
alist = [54,26,93,17,77,31,44,55,20]
n = 9
mid_flag = 4 取left[:4]
left_list = merge_sort([54,26,93,17]) # -1-这个函数体停在这句话,重新调用函数
alist 变为 [54,26,93,17]
n = 4
mid_flag = 2
left_list = merge_sort([54,26]) # -2-函数体停在这里,重新调用函数
n = 2
mid_flag = 1
left_list = merge_sort([54]) # -3-函数体停在这里,重新调用函数
n = 1
return [54] # -4- 函数体执行结束,-3-函数体获得返回值
left_sort = [54] # -3-函数体获得返回值,-3-可以继续往下执行
right_list = merge_sort([26])
return [26]
right_list = [26]
进入while循环 ,[54]和[26]进行拼接 return [26,54] # -3-函数体执行结束,-2-函数体获得返回值
left_list = [26,54] # -2-函数体获得返回值,-2-函数体继续执行
right_list = merge_sort([93,17]) # -2-函数体停在这里,重新调用函数
n = 2
mid_flag = 1
left_list = merge_sort([93]) # -2-1-函数体停在这里,重新调用函数
n = 1
return [93] # -2-2-函数体结束 -2-1-获得返回值
left_list = [93] # -2-1-获得返回值, -2-1-继续执行
right_list = merge_sort([17]) # -2-1-函数体停在这里,重新调用函数
n = 1
return [17] # --函数体结束,-2-1- 函数获得返回值
right_list = [17] # -2-1- 函数获得返回值,继续执行合并,函数结束,-2-函数获得返回值
right_list = [17,93] # -2- 获得返回值,可以继续执行合并,-1-获得返回值
left_list = [17,26,54,93] # -1-获得返回值,可以继续执行函数体
right_list = [77,31,44,55,20]
........
"""
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