排序演算法Python實現合輯
基本排序演算法:
1. 選擇排序(seletionSort):
搜尋整個列表,找到最小項的位置,如果該位置不是列表的第一個位置,演算法就交換這兩個位置的項。然後,演算法回到第二個位置,並重復這個過程。
時間複雜度為
《資料結構:Python語言描述》:
def swap(lyst, i, j):
'''Exchanges the items at positions i and j'''
temp = lyst[i]
lyst[i] = lyst[j]
lyst[j] =temp
def selectionSort(Lyst):
i = 0
while i < len(Lyst)-1:
minIndex = i
j = i + 1
while j < len(Lyst):
if Lyst[j] < Lyst[minIndex]:
minIndex = j
j += 1
if minIndex != i:
swap(Lyst, minIndex, i)
i += 1
return Lyst
我自己根據書上改的:
def selectionSort(Lyst):
i = 0
while i < len(Lyst) -1:
j = i + 1
while j < len(Lyst):
if Lyst[j] < Lyst[i]:
Lyst[i],Lyst[j] = Lyst[j],Lyst[i]
j += 1
i += 1
return Lyst
for 迴圈方法:
def selectionSort(list):
length=len(list)
for i in range(length):
for j in range(i+1,length):
if list[j] < list[i]:
list[j],list[i]=list[i],list[j]
return list
Lyst = [2,1,4,7,3,8,4,9,1,3]
print(selectionSort(Lyst))
[1, 1, 2, 3, 3, 4, 4, 7, 8, 9]
2. 氣泡排序(bubbleSort):
從列表的開頭處開始,比較一對資料項,知道移動到列表的末尾,這樣每趟排序會把最大的數字扔到最後面。走訪數列的工作是重複地進行直到沒有再需要交換,也就是說該數列已經排序完成。這個演算法的名字由來是因為越大的元素會經由交換慢慢“浮”到數列的頂端,故名。
時間複雜度為 ;
《資料結構:Python語言描述》:
def bubbleSort(lyst):
n = len(lyst)
while n > 1:
i = 1
while i < n:
if lyst[i] < lyst[i - 1]:
swap(lyst, i , i-1)
i += 1
n -= 1
return lyst
for 迴圈方法:
def bubbleSort(lyst):
# 外層迴圈控制從頭走到尾的次數
for j in range(len(lyst) - 1):
# 內層迴圈控制走一次的過程
for i in range(0, len(lyst) - j - 1):
# 如果前一個元素大於後一個元素,則交換兩個元素(升序)
if lyst[i] > lyst[i + 1]:
lyst[i], lyst[i + 1] = lyst[i + 1], lyst[i]
return lyst
針對氣泡排序進行一個小的調整,將其最好情況下的效能提高到線性階,但平均複雜的仍是 :
def bubbleSortWithTweak(lyst):
n = len(lyst)
while n > 1:
i = 1
while i < n:
if lyst[i] < lyst[i - 1]:
swap(lyst, i , i-1)
swapped = True
i += 1
if not swapped: return
n -= 1
return lyst
用遞迴實現冒泡?
3. 插入排序(insertionSort):
“一趟一個“地將待排序記錄插入到已經排好序的部分記錄的適當位置中,使其成為一個新的有序序列,直到所有待排序記錄全部插入完畢。在第i輪通過列表的時候(其中i的範圍從1到n-1),第i個項應該插入到列表的前i個項之中的正確位置。在第i輪之後,前i個項應該是排序好的。
列表中排好序的項越多,插入排序的效果越好。
時間複雜度為 ;
《資料結構:Python語言描述》:
def insertSort(lyst):
i = 1
while i < len(lyst):
itemToInsert = lyst[i]
j = i - 1
while j >= 0:
if itemToInsert < lyst[j]:
lyst[j + 1] = lyst[j]
j -= 1
else:
break
lyst[j + 1] = itemToInsert
i += 1
return lyst
[2,4,3,1]>[2,4,3,1]>[2,3,4,1]>[2,3,1,4]>[2,1,3,4]>[1,2,3,4]
更快的排序演算法
採用分而治之(divide-and-conquer)的策略。將列表分解為更小的子列表,隨後,這些子列表遞迴的排序。演算法複雜度:
1.1 快速排序(quickSort)
隨意選擇一個數字(可選中點)作為基準(pivot)分割列表,比基準數字大的放在右,比基準數字小的放在左。對於子列表,遞迴地重複應用該過程。直到子列表的長度最大為1。
《資料結構:Python語言描述》:
def swap(lyst, i, j):
'''Exchanges the items at positions i and j'''
temp = lyst[i]
lyst[i] = lyst[j]
lyst[j] =temp
def quickSort(lyst):
quickSortHelper(lyst, 0, len(lyst)-1)
def quickSortHelper(lyst, left, right):
if left < right:
print(lyst)
pivotLocation = partition(lyst, left, right)
print(lyst[pivotLocation])
quickSortHelper(lyst, left, pivotLocation - 1)
quickSortHelper(lyst, pivotLocation + 1, right)
def partition(lyst, left, right):
middle = (left + right) // 2
pivot = lyst[middle]
lyst[middle] = lyst[right]
lyst[right] = pivot
boundary = left
for index in range(left, right):
if lyst[index] < pivot:
swap(lyst, index, boundary)
boundary += 1
print(lyst)
swap(lyst, right, boundary)
return boundary
Lyst = [12,19,17,18,14,11,15,13,16]
quickSort(Lyst)
print(Lyst)
快速排序遞迴分析:
1.遍歷所有元素,使比基準小的在基準左,比基準大的在基準右,故先將基準換到最右側。
2.然後從左到右遍歷,找到比基準小的元素,從第一個位置開始依次互換。
3.如12先跟自己互換,然後11和19互換,然後13和17互換,最後基準14和18互換。
4.遞迴對左邊子列表重複操作:基準11換到末端即11和13互換,然後11和12互換。
5.左邊已不可再分,開始分右邊子列表。首先基準15換到末端即15和18互換,然後15
[12, 19, 17, 18, 14, 11, 15, 13, 16]
[12, 19, 17, 18, 16, 11, 15, 13, 14]
[12, 11, 17, 18, 16, 19, 15, 13, 14]
[12, 11, 13, 18, 16, 19, 15, 17, 14]
14
[12, 11, 13, 14, 16, 19, 15, 17, 18]
11
[11, 13, 12, 14, 16, 19, 15, 17, 18]
[11, 12, 13, 14, 16, 19, 15, 17, 18]
13
[11, 12, 13, 14, 16, 19, 15, 17, 18]
15
[11, 12, 13, 14, 15, 19, 18, 17, 16]
[11, 12, 13, 14, 15, 16, 19, 17, 18]
[11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 19, 18]
18
[11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]
16
[11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]
1.2 演算法導論 快速排序:
# quickSort, quickSortHelper 同上
def partition(lyst, left, right):
x = lyst[right]
i = left- 1
for j in range(left, right):
if lyst[j] <= x:
i += 1
lyst[i], lyst[j] = lyst[j], lyst[i]
print(lyst)
lyst[i + 1], lyst[right] = lyst[right], lyst[i+1]
return i + 1
Lyst = [12,19,17,18,14,11,15,13,16]
quickSort(Lyst)
print(Lyst)
[12, 19, 17, 18, 14, 11, 15, 13, 16]
[12, 19, 17, 18, 14, 11, 15, 13, 16]
[12, 14, 17, 18, 19, 11, 15, 13, 16]
[12, 14, 11, 18, 19, 17, 15, 13, 16]
[12, 14, 11, 15, 19, 17, 18, 13, 16]
[12, 14, 11, 15, 13, 17, 18, 19, 16]
16
[12, 14, 11, 15, 13, 16, 18, 19, 17]
[12, 14, 11, 15, 13, 16, 18, 19, 17]
[12, 11, 14, 15, 13, 16, 18, 19, 17]
13
[12, 11, 13, 15, 14, 16, 18, 19, 17]
11
[11, 12, 13, 15, 14, 16, 18, 19, 17]
14
[11, 12, 13, 14, 15, 16, 18, 19, 17]
17
[11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 19, 18]
18
[11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]
2.1 歸併排序(mergeSort)
建立在歸併操作上的一種有效的排序演算法,效率為 。1945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)的一個非常典型的應用,且各層分治遞迴可以同時進行。
merge 函式將兩個排好序的子列表合併到一個大的排好序的子列表中,第1個子列表在low和middle之間,第2個子列表在middle+1到high之間。這個過程包含3個步驟:
1.將索引指標設定為每個子列表的第一項,分別是low和middle+1
2.從每個子列表的第一項開始,重複地比較各項。將較小的項從其子列表中複製到複製快取中,並且繼續處理子列表中的下一項。重複這個過程,直到兩個子列表中的所有的項都已經複製過了。如果先到達了其中的一個子列表的末尾,通過從另一個子列表複製剩餘的項,從而結束這個步驟。
3.將copyBuffer中的low和high之間的部分,複製回lyst中對應的位置。
《資料結構:Python語言描述》:
import sys
sys.path.append(r'C:\Users\Qiuyi\eclipse-workspace\DataStructure3.0\programs\Ch_4_Student_Files')
from arrays import Array
def mergeSort(lyst):
copyBuffer = Array(len(lyst))
mergeSortHelper(lyst, copyBuffer, 0, len(lyst)-1)
def mergeSortHelper(lyst, copyBuffer, low, high):
if low < high:
middle = (low + high) // 2
mergeSortHelper(lyst, copyBuffer, low, middle)
mergeSortHelper(lyst, copyBuffer, middle + 1, high)
merge(lyst, copyBuffer, low, middle, high)
def merge(lyst, copyBuffer, low, middle, high):
i1 = low
i2 = middle + 1
for i in range(low, high + 1):
if i1 > middle:
copyBuffer[i] = lyst[i2]
i2 += 1
elif i2 > high:
copyBuffer[i] = lyst[i1]
i1 += 1
elif lyst[i1] < lyst[i2]:
copyBuffer[i] = lyst[i1]
i1 += 1
else:
copyBuffer[i] = lyst[i2]
i2 += 1
for i in range(low, high +
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