数据结构:排序趟数 / 比较次数与序列的原始状态有关的排序方法有哪些?「建议收藏」

数据结构:排序趟数 / 比较次数与序列的原始状态有关的排序方法有哪些?「建议收藏」先说结论比较次数与序列初态无关的算法是:二路归并排序、简单选择排序、基数排序比较次数与序列初态有关的算法是:快速排序、直接插入排序、冒泡排序、堆排序、希尔排序排序趟数与序列初态无关的算法是:直接插入排序、折半插入排序、希尔排序、简单选择排序、归并排序、基数排序排序趟数与序列初态有关的算法是:冒泡排序、快速排序关于排序趟数插入排序、选择排序趟数都是固定的n-1。对于插入排序来说或,即使序列有序,也要依次从第二个元素开始,向前找它的插入位置。冒泡排序趟数与数据有关,优

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先说结论

比较次数 与序列初态 无关 的算法是:二路归并排序、简单选择排序、基数排序
比较次数 与序列初态 有关 的算法是:快速排序、直接插入排序、冒泡排序、堆排序、希尔排序

排序趟数 与序列初态 无关 的算法是:直接插入排序、折半插入排序、希尔排序、简单选择排序、归并排序、基数排序
排序趟数 与序列初态 有关 的算法是:冒泡排序、快速排序


关于排序趟数

插入排序、选择排序 趟数都是固定的 n-1。对于插入排序来说,即使序列有序,也要依次从第二个元素开始,向前找它的插入位置。

冒泡排序 趟数与数据有关,优化冒泡排序的最优复杂度为O(n),其主要优化就是记录了前一趟是否冒泡,如果没有产生冒泡就说明数组已经有序,直接return。如果产生了冒泡,才继续执行。

快速排序 的排序趟数就是它的递归深度。当 快排 的数据是有序时候,会退化为冒泡,所以快排趟数也与初始序列顺序有关了。如下图:

在这里插入图片描述


关于比较次数

有同学在评论中提出了疑问,我在这里补充一下吧,关于对于比较次数和初始状态的关系的理解
堆排序:比如元素下沉的操作,虽然一个元素是从底部拉上来的,但这不代表这个元素一定会接着沉到底部,如果沉到中间就停止下沉的话,比较次数就少了。而这个过程的比较次数自然和下沉的深度是相关的。
希尔排序:希尔排序是对简单插入排序的改进,每一趟希尔的内部使用的就是简单插入排序。而简单插入排序随着数据变成正序时,执行效率最好,每次插入都不用移动前面的元素,时间复杂度为O(N)。当数据是反序时,执行效率最差,此时时间复杂度为O(N*N). 类比到希尔排序中,希尔排序本身就是属于插入排序。当然会随着有序而少比较几次。
(这里说的比较次数是精确的次数,区别于时间复杂度的概念,时间复杂度只是描述了数量级)

选择排序

i 从头开始,每次遍历之后所有的元素,k 从 i 开始,向后标记 选出 最小的元素,循环后如果大于 i ,则与 i 位置元素 交换,一直到最后。
简单选择排序它最大的特点是,交换移动数据次数相当少,这样也就节约了相应的时间,无论最好最坏的情况,其比较次数都是一样多。第 i 次排序需要进行n-i 次关键字的比较,此时需要比较n-1+n-2+…+1=n(n-1)/2次,所以 总比较次数 与初始状态 无关,时间复杂度为O(n^2)。

对于交换次数而言,最差的时候,也就初始排序,交换次数为n-1次,复杂度为O(n)。当全部已经排序好时,则不发生交换,所以 元素总移动次数 与初始状态 有关。

直接插入排序

从当前关键字之前的关键字开始扫描,如果大于待排关键字,则后移一位。直到全部记录插入完成。

如果全部有序,则只需要遍历一趟就完成了排序,比较次数为 n-1,并且在这个过程中没有发生元素的移动。因此,比较次数 与序列初态 有关 。初始序列基本有序时,移动元素最少(效率最高)。

在这里插入图片描述

void insertSort(int A[],int n)
{ 
   
        int i, j, temp;
        for (i = 1; i < n; i++) { 
    // 将各元素插入已经排好的序列中
            if (A[i] < A[i - 1]) { 
    // 若A[i]关键字小于前驱
                temp = A[i]; // 用 temp 暂存 A[i]
                for (j = i - 1; j >= 0 && A[j] > temp; --j) // 检查所有前面已经排好序的元素
                    A[j + 1] = A[j]; // 将所有大于 temp 的元素右移一个位置
                A[j + 1] = temp; // 复制到插入位置
            }
        }
}

若使用 折半插入 来进行优化,虽然减少了元素的比较次数,但并未使时间复杂度脱离O(n^2)


关于算法复杂度与序列初态的关系

算法复杂度 与初始状态 无关 的有哪些?

首先看内排序总结表:

在这里插入图片描述
由表中红线标出的地方可以轻易得出,以下四种排序方法的算法复杂度与数组的初始状态无关:

一堆(堆排序)乌龟(归并排序)选(选择排序)基(基数排序)友。

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