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資料結構中排序和查詢各種時間複雜度

(1)氣泡排序

        氣泡排序就是把小的元素往前調或者把大的元素往後調。比較是相鄰的兩個元素比較,交換也發生在這兩個元素之間。所以相同元素的前後順序並沒有改變,所以氣泡排序是一種穩定排序演算法。

(2)選擇排序

      選擇排序是給每個位置選擇當前元素最小的,比如給第一個位置選擇最小的。…… 例子說明好多了。序列5 8 5 2 9, 我們知道第一遍選擇第1個元素5會和2交換,那麼原序列中2個5的相對前後順序就被破壞了, 所以選擇排序不穩定的排序演算法

(3)插入排序
     插入排序是在一個已經有序的小序列的基礎上,一次插入一個元素。比較是從有序序列的末尾開始,也就是想要插入的元素和已經有序的最大者開始比起,如果比它大則直接插入在其後面,否則一直往前找直到找到它該插入的位置。如果和插入元素相等,那麼插入元素把想插入的元素放在相等元素的後面。所以,相等元素的前後順序沒有改變。所以插入排序是穩定的。

(4)快速排序

    快速排序有兩個方向,左邊的i下標一直往右走(往後),當a[i] <= a[center_index],其中center_index是中樞元素的陣列下標,一般取為陣列第0個元素。而右邊的j下標一直往左走(往前),當a[j] > a[center_index]。如果i和j都走不動了,i <= j, 交換a[i]和a[j],重複上面的過程,直到i>j。 交換a[j]和a[center_index],完成一趟快速排序。在中樞元素和a[j]交換的時候,很有可能把前面的元素的穩定性打亂,比如序列為 5 3 3 4 3 8 9 10 11, 現在中樞元素5和3(第5個元素,下標從1開始計)交換就會把元素3的穩定性打亂,所以快速排序是一個不穩定的排序演算法。(不穩定發生在中樞元素和a[j]交換的時刻)

(5)歸併排序
    歸併排序是把序列遞迴地分成短序列,遞迴出口是短序列只有1個元素(認為直接有序)或者2個序列(1次比較和交換),然後把各個有序的段序列合併成一個有序的長序列。不斷合併直到原序列全部排好序。相等時不發生交換。所以,歸併排序也是穩定的排序演算法。

(6)基數排序
   基數排序是按照低位先排序,然後收集;再按照高位排序,然後再收集;依次類推,直到最高位。有時候有些屬性是有優先順序順序的,先按低優先順序排序,再按高優先順序排序,最後的次序就是高優先順序高的在前,高優先順序相同的低優先順序高的在前。基數排序基於分別排序,分別收集,所以其是穩定的排序演算法。

(7)希爾排序(shell)
    希爾排序是按照不同步長對元素進行插入排序,當剛開始元素很無序的時候,步長最大,所以插入排序的元素個數很少,速度很快;當元素基本有序了,步長很小,插入排序對於有序的序列效率很高。所以,希爾排序的時間複雜度會比o(n^2)好一些。由於多次插入排序,我們知道一次插入排序是穩定的,不會改變相同元素的相對順序,但在不同的插入排序過程中,相同的元素可能在各自的插入排序中移動,最後其穩定性就會被打亂,所以shell排序是不穩定的。

(8)堆排序
   我們知道堆的結構是節點i的孩子為2*i和2*i+1節點,大頂堆要求父節點大於等於其2個子節點,小頂堆要求父節點小於等於其2個子節點。在一個長為n的序列,堆排序的過程是從第n/2開始和其子節點共3個值選擇最大(大頂堆)或者最小(小頂堆),這3個元素之間的選擇當然不會破壞穩定性。但當為n/2-1, n/2-2, ...1這些個父節點選擇元素時,就會破壞穩定性。有可能第n/2個父節點交換把後面一個元素交換過去了,而第n/2-1個父節點把後面一個相同的元素沒有交換,那麼這2個相同的元素之間的穩定性就被破壞了。所以,堆排序是不穩定的排序演算法

一、排序

排序法 平均時間   最差情形      穩定度     額外空間     備註

冒泡    O(n2)            O(n2)             穩定         O(1)          n小時較好

選擇    O(n2)            O(n2)             不穩定     O(1)           n小時較好

插入    O(n2)             O(n2)              穩定       O(1)           大部分已排序時較好

Shell   O(nlogn)        O(ns) 1<s<2 不穩定    O(1)        s是所選分組

快速    O(nlogn)        O(n2)             不穩定      O(nlogn)      n大時較好

歸併    O(nlogn)      O(nlogn)       穩定         O(1)           n大時較好

堆      O(nlogn)     O(nlogn)       不穩定   O(1)           n大時較好

基數    O(logRB)     O(logRB)       穩定         O(n)           B是真數(0-9),R是基數(個十百)