Python数据结构和算法:基于内存的四大排序算法!你可以全写出?

nurvnurv 2019-11-08

冒泡排序

  首先必须讲冒泡排序,作为面试官最常出的最简单题型,可见其重要性和普及性。冒泡排序顾名思义,就是一组排序列表,从头到尾两两比较,大的排在后方,代码如下:

def bubble_sort(l):
 for i in range(len(l),-1,-1): #从后往前遍历,这样可以不用再对最后已排好序的重新排序
 for j in range(1,i): #从前往后,末尾是i,也就是还未还排好序的
 if l[j-1] > l[j]: #如果前面大,就和后面的调换顺序
 l[j-1],l[j] = l[j],l[j-1]
 return l

可以看到用Python写出的冒泡排序仅仅6行就解决了,并且代码非常的简单,但这里有个缺点,也就是无论是最好情况还是最坏情况都是O(n^2)的时间复杂度,那实际上可以这样优化。如果是最好情况,也就是数组本身已经排好序的话,那表示未交换过,所以通过标志位来标记当一轮排序通过后未交换过,则说明已经排好序即可。优化后的代码:

def bubble_sort(l):
 for i in range(len(l),-1,-1):
 flag = 1 #每次新一轮开始就增加标志位
 for j in range(1,i):
 if l[j-1] > l[j]:
 l[j-1],l[j] = l[j],l[j-1]
 flag = 0 #如果交换则标志位为0
 if flag == 1: #判断标志位决定是否有必要继续往下遍历
 return l
 return l

那分析下时间复杂度和空间复杂度!因为排序都是在数组里进行交换排序的,所以空间复杂度为O(1),也就是内存消耗为0(原地排序);时间复杂度的话最好是比较n-1次,所以为O(N),最坏则是有序度为0,则为n*(n-1)/2,即O(n2)的时间复杂度。那平均是多少呢?这里可以用估算的方法,假如以交换来说,最好时是没有交换,最坏是比较了n*(n-1)/2,所以平均是n*(n-1)/4,那比较肯定比交换要多几倍,所以最大不会超过O(n2)。另外因为冒泡比较时相等的不会交换,所以其是稳定算法!

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插入排序

  相比于冒泡排序,插入排序可以说是非常具有实用性的语言,并且现在很多语言还是会利用插入排序作为其排序的一部分来实现!

  插入排序就是从左到右分为两堆,左边是排好序的,右边是待排序的,每次从右边取一个数依次跟左边相比较,小于哪个数就排在哪个数前面,直到碰到比它大的数为止!代码如下:

def insert_sort(l):
	for i in range(1,len(l)):
		for j in range(i,-1,-1): #从左边的最后一个数开始比较
			if l[j-1] > l[j]: #如果比最后一个数小,则排在其前边
				l.insert(j-1,l.pop(j))
			else: #如果比最后一个数大,则排在其后边
				break
	return l

三个角度分析插入排序,首先没有开辟空间,所以是原地排序,O(1)的空间复杂度;由于比较时不比较相等的情况,所以相等的情况不会交换位置,即是稳定的排序算法;那时间复杂度呢?最好当然是满有序度(即排好序的),则每次比较右边的都比左边的大,break出来,则仅需O(n)次比较,最坏是有序度为0,则每次相当于都要比较一遍全数组,即为n*(n+1)/2为O(n2)的时间复杂度,平均来说,相当于每次都是往数组中插入一个数,而往数组中插入一个数为O(n),所以n个数需要O(n2)的时间复杂度。

选择排序

  选择排序作为三大排序中的最基础,其没有多少可讲,而且因为无论最好、最坏、平均都是O(n2)的时间复杂度,所以我们了解即可。

  选择排序就是每次从左到右选第一个数依次比较到最后,所以即使是有序的,每个数也都要比较n次,那么n个数就要比较n2的次,即O(n2)时间复杂度,代码如下:

def choose_sort(l):
	for i in range(len(l)):
		for j in range(i+1,len(l)): #从左边那个数的后面一个知道最后依次比较
 if l[i] > l[j]: #不断地比较,把最小的数移到最左边
 l[i],l[j] = l[j],l[i]
 return l

从三个角度分析,以此类推,则为原地排序,O(1)的空间复杂度;因为未涉及相等的判断,所以是稳定性排序,而时间复杂度则最好、最好、平均都是O(n2)。

快速排序

  快速排序简称快排,可以说是面试官最喜欢考得排序算法之一了!和冒泡并列,而相对于冒泡,快速排序的思想要更好得多!

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