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数据结构小测试:排序算法

数据结构小测试:排序算法

目录

1、请简述数据结构八大排序算法的思路。

2、常用排序算法手写

冒泡排序:

选择排序:

快速排序:

归并排序:

堆排序:

3、额外再加一个二分查找吧


1、请简述数据结构八大排序算法的思路。

冒泡排序:将相邻元素之间的比较和交换,使得每一轮比较后,最大的元素能够到达数组的末尾。重复这个过程,直到整个数组有序。

选择排序:在每一轮中,找到数组中最小的元素,并将其与当前轮的第一个元素交换位置。重复这一操作,使得每一轮过后,都有一个元素被放到了正确的位置上。

插入排序:将数组分为已排序部分和未排序部分,每次从未排序部分取出一个元素,插入到已排序部分的正确位置上。

希尔排序:首先确定一个间隔序列,按此间隔将数组元素分组并进行插入排序。随后逐渐缩小间隔并重复排序过程,直到间隔为1。

快速排序:选一个基准元素,通过一趟排序将整体数据分割成两部分,基准元素左边的数据比基准元素小,右边的数据比基准元素大,然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序,递归进行,直至完成。

归并排序:先将数组分成两半,分别对这两半进行排序,然后将它们合并成一个有序数组。重复递归这一操作,直至数组有序

堆排序:将待排序的序列构造成一个大顶堆,此时,整个序列的最大值就是堆顶的根节点。将其与末尾元素进行交换,此时末尾就为最大值。然后将剩余n-1个序列重新构造成一个堆,这样会得到n个元素中的次大值。重复以上操作。

计数排序:对输入数据中的每个元素进行计数,确定每个元素出现的次数;然后利用计数结果将元素放到输出序列的正确位置上。

2、常用排序算法手写

冒泡排序:

将相邻元素之间的比较和交换,使得每一轮比较后,最大的元素能够到达数组的末尾。重复这个过程,直到整个数组有序。时间复杂度:O(n^2)

代码:

  1. public static void sort(int[] arr) {
  2. for(int j=0;j<arr.length;j++) {
  3. for(int i=0;i<arr.length-1-j;i++) {
  4. if(arr[i]>arr[i+1]) {
  5. int temp=arr[i];
  6. arr[i] =arr[i+1];
  7. arr[i+1]=temp;
  8. }
  9. }
  10. }
  11. }

选择排序:

在每一轮中,找到数组中最小的元素,并将其与当前轮的第一个元素交换位置。重复这一操作,使得每一轮过后,都有一个元素被放到了正确的位置上。 时间复杂度:O(nlogn)

代码:

  1. public static void simpleswap(int[] arr) {
  2. for(int i=0; i<arr.length; i++) { //负责遍历索引
  3. int index =i ;//index负责找最小的索引
  4. for(int j=i+1; j<arr.length; j++) { //负责找剩余元素中的最小值
  5. if(arr[j]<arr[index]) {
  6. index = j;
  7. }
  8. }
  9. //每找到一次就与前面的交换一次
  10. if(i != index){
  11. int temp = arr[index];
  12. arr[index] = arr[i];
  13. arr[i] = temp;
  14. }
  15. }
  16. }

快速排序:

选一个基准元素,通过一趟排序将整体数据分割成两部分,基准元素左边的数据比基准元素小,右边的数据比基准元素大,然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序,递归进行,直至完成。

时间复杂度:O(nlogn)

代码:

  1. public static void quicksort(int[] arr,int left,int right) {
  2. //递归出口
  3. if(left>=right) {
  4. return;
  5. }
  6. //定义变量保存基准数
  7. int base=arr[left];
  8. //定义j游标指向最右边
  9. int j=right;
  10. //定义i游标指向最左边
  11. int i=left;
  12. while(i!=j) {
  13. //j从后往前找比基准数小的
  14. while(arr[j]>=base&&i<j) {
  15. j--;
  16. }
  17. //i从前往后找比基准数大的
  18. while(arr[i]<=base&&i<j) {
  19. i++;
  20. }
  21. //i、j两数都停下,交换位置
  22. int temp=arr[i];
  23. arr[i]=arr[j];
  24. arr[j]=temp;
  25. }
  26. //i和j相等(跳出循环)
  27. //交换基数和ij相遇位置的数据
  28. arr[left]=arr[i];
  29. arr[i]=base;
  30. //排序基准数的左边
  31. quicksort(arr,left,i-1);
  32. //排序基准数的右边
  33. quicksort(arr,i+1,right);
  34. }

归并排序:

先将数组分成两半,分别对这两半进行排序,然后将它们合并成一个有序数组。重复递归这一操作,直至数组有序。时间复杂度:O(nlogn)

底层逻辑:先拆分,拆到不能再拆分,然后进行合并,合并的时候进行排序

代码: 

  1. public class MergeSort {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. int[] nums = new int[] { 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 10 };
  4. int[] newNums = mergeSort(nums, 0, nums.length - 1);
  5. System.out.println(Arrays.toString(newNums));
  6. }
  7. public static int[] mergeSort(int[] nums, int left, int right) {
  8. if (left == right)//已经拆分彻底,拆分递归的终止条件
  9. return new int[] { nums[left] };
  10. //拆分
  11. int mid = left + (right - left) / 2;
  12. int[] leftArr = mergeSort(nums, left, mid); //左有序数组
  13. int[] rightArr = mergeSort(nums, mid + 1, right); //右有序数组
  14. int[] newNum = new int[leftArr.length + rightArr.length]; //新有序数组
  15. //合并,将拆分的数按大小放到新有序数组里面
  16. int m = 0, i = 0, j = 0;
  17. while (i < leftArr.length && j < rightArr.length) {
  18. newNum[m++] = leftArr[i] < rightArr[j] ? leftArr[i++] : rightArr[j++];
  19. }
  20. while (i < leftArr.length)
  21. newNum[m++] = leftArr[i++];
  22. while (j < rightArr.length)
  23. newNum[m++] = rightArr[j++];
  24. return newNum;
  25. }
  26. }

堆排序:

利用完全二叉树构建大顶堆,此时,整个序列的最大值就是堆顶的根节点。

将堆顶元素与堆底元素进行交换,此时堆底元素就为最大值。

然后将剩余n-1个序列重新构造成一个大顶堆。重复以上操作。

时间复杂度:O(nlogn)

大顶堆:父节点的值大于等于其左右孩子的值 等价于 arr[i]>=arr[2i+1] && arr[i]>=arr[2i+2]

流程图示:

构建大顶堆:

堆顶元素与堆底元素交换,堆底元素不再参与构建,剩下的再次重新构建大顶堆、交换

这一次重新构建时,直接让parent指向堆顶元素,再判断即可

java代码:

  1. public class 堆排序 {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. // TODO Auto-generated method stub
  4. int[] arr= {5,7,4,2,0,3,1,6};
  5. //1、构建大顶堆
  6. for(int i=arr.length-1;i>=0;i--) {//从下往上,每个节点以此判断为大顶堆;从length-1节点到0节点
  7. adjust(arr,i,arr.length);
  8. }
  9. System.out.println(Arrays.toString(arr));//输出第一次构建的大顶堆
  10. //2、堆顶堆底元素交换,除堆底外其余元素继续构建大顶堆
  11. for(int j=arr.length-1;j>=0;j--) {
  12. int temp=arr[j];
  13. arr[j]=arr[0];
  14. arr[0]=temp;
  15. //System.out.println(Arrays.toString(arr));
  16. //剩余元素继续构建大顶堆
  17. adjust(arr,0,j);//parent游标直接指向堆顶元素即可,最后一个元素不再参与构建
  18. //System.out.println(Arrays.toString(arr));
  19. }
  20. System.out.println(Arrays.toString(arr));
  21. }
  22. public static void adjust(int[] arr,int parent,int length) {
  23. int child = parent*2+1;//定义左孩子
  24. while(child<length) {//如果有孩子节点
  25. int rchild=child+1;//定义右孩子
  26. //这部分单纯为了让child指向最大child
  27. if(rchild<length && arr[child]<arr[rchild]) {//如果有右孩子,且右孩子比较大
  28. child++;//child指向较大的孩子节点(右孩子节点)
  29. }
  30. //如果父节点小于其孩子节点
  31. if(arr[parent]<arr[child]) {
  32. int temp=arr[parent];
  33. arr[parent]=arr[child];
  34. arr[child]=temp;
  35. //父子结点交换后parent指向child
  36. parent=child;
  37. child=2*parent+1;
  38. //再次进行循环比较
  39. }else {//如果该parent没有孩子节点或者父节点大于孩子节点,直接返回,此节点判断完毕
  40. break;
  41. }
  42. }
  43. }
  44. }

3、额外再加一个二分查找吧

时间复杂度:O(logn)

代码:

  1. public class 二分查找 {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. // TODO Auto-generated method stub
  4. int[] arr= {3,45,56,57,67,88};
  5. System.out.println(search(arr,11));
  6. }
  7. public static int search(int[] arr,int target) {
  8. int left = 0;
  9. int right = arr.length-1;
  10. while(left<=right) {
  11. int middle = (left+right)/2;
  12. if(target==arr[middle]) {
  13. System.out.println("找到了");
  14. return middle;
  15. }else if(target<arr[middle]){
  16. right=middle-1;
  17. }else {
  18. left=middle+1;
  19. }
  20. }
  21. System.out.println("没有这个数据");
  22. return -1;
  23. }
  24. }

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