数据结构之树和图算法精.ppt
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1、第9章 排序数据结构之树和图算法第1页,本讲稿共70页假设假设 Ki=Kj,且排序前序列中,且排序前序列中 Ri 领先于领先于 Rj;若在排序后的序列中若在排序后的序列中 Ri 仍领先于仍领先于 Rj,则称排序方法是,则称排序方法是稳定的稳定的。若在排序后的序列中若在排序后的序列中 Rj 仍领先于仍领先于 Ri,则称排序方法是,则称排序方法是不稳定的不稳定的。例,序列例,序列 3 15 8 8 6 9若排序后得若排序后得 3 6 8 8 9 15稳定的稳定的若排序后得若排序后得 3 6 8 8 9 15不稳定的不稳定的稳定排序与不稳定排序第2页,本讲稿共70页内部排序内部排序:指的是待排序记录
2、存放在计算机指的是待排序记录存放在计算机随机存储器随机存储器中进中进行的排序过程。行的排序过程。外部排序外部排序:指的是待排序记录的数量很大,以致内存一次指的是待排序记录的数量很大,以致内存一次不能容纳全部记录,在排序过程中尚需对不能容纳全部记录,在排序过程中尚需对外存外存进行访问进行访问的排序过程。的排序过程。内部排序与外部排序第3页,本讲稿共70页排序的时间复杂性排序过程主要是对记录的排序码进行比较和记录的移动过程。因此排序的时间复杂性可以算法执行中的数据比较次数及数据移动次数来衡量。当一种排序方法使排序过程在最坏或平均情况下所进行的比较和移动次数越少,则认为该方法的时间复杂性就越好,分析
3、一种排序方法,不仅要分析它的时间复杂性,而且要分析它的空间复杂性、稳定性和简单性等。第4页,本讲稿共70页按照排序过程中所依据的原则的不同可以分类为按照排序过程中所依据的原则的不同可以分类为:插入排序插入排序 交换排序交换排序(快速排序快速排序)选择排序选择排序 归并排序归并排序 基数排序基数排序 二叉排序树排序二叉排序树排序内部排序第5页,本讲稿共70页思想思想:利用有序表的插入操作进行排序利用有序表的插入操作进行排序有序表的插入有序表的插入:将一个记录插入到已排好序的有序表中,从而得将一个记录插入到已排好序的有序表中,从而得到一个新的有序表。到一个新的有序表。例,序列例,序列 13 27
4、38 65 76 97 插入插入 4913 27 38 49 65 76 97插入排序直接插入排序第6页,本讲稿共70页例,序列例,序列 49 38 65 97 76 13 27 初始,初始,S=49 ;38 49 初始,令第初始,令第 1 个元素作为初始有序表;个元素作为初始有序表;依次插入第依次插入第 2,3,k 个元素构造新的有序表;个元素构造新的有序表;直至最后一个元素;直至最后一个元素;38 49 65 38 49 65 97 38 49 65 76 97 13 38 49 65 76 97 13 27 38 49 65 76 97 直接插入排序算法主要应用直接插入排序算法主要应用比
5、较比较和和移动移动两种操作。两种操作。直接插入排序算法描述第7页,本讲稿共70页void insertsort(ElemType R,int n)/待排序元素用一个数组R表示,数组有n个元素 for(int i=1;i=0)&(tempRj)Rj+1=Rj;j-;/顺序比较和移动 Rj+1=temp;第8页,本讲稿共70页直接插入排序的效率分析直接插入排序的效率分析从空间来看,它只需要一个元素的辅助空间,用于元素的位置交换。从时间分析,首先外层循环要进行n-1次插入,每次插入最少比较一次(正序),移动两次;最多比较i次,移动i2次(逆序)(i=1,2,n-1)。Cmin=n-1 M min=2
6、(n-1)Cmax=1+2+n-1=(n2-n)/2 M max=3+4+n+1=(n2+3n-4)/2Cave=(n2+n-2)/4 M max=(n2+7n-8)/4因此,直接插入排序的时间复杂度为O(n2)。直接插入算法的元素移动是顺序的,该方法是稳定的。第9页,本讲稿共70页由于直接插入排序算法利用了有序表的插入操作,故由于直接插入排序算法利用了有序表的插入操作,故顺顺序查找序查找操作可以替换为操作可以替换为折半查找折半查找操作。操作。例,序列例,序列 49 38 65 97 76 13 27 设已形成有序表设已形成有序表 38 49 65 97 76 插入元素插入元素 13折半插入排
7、序第10页,本讲稿共70页算法:void BinaryInsertSort(ElemType R,int n)for(int i=1;in;i+)/共进行n-1次插入 int left=0,right=i-1;ElemType temp=Ri;while(left=right)int middle=(left+right)/2;/取中点 if(temp=left;j-)Rj+1=Rj;/元素后移空出插入位 Rleft=temp;第11页,本讲稿共70页折半插入效率分析二分插入算法与直接插入算法相比,需要辅助空间与直接插入排序基本一致;时间上,前者的比较次数比直接插入查找的最坏情况好,最好的情况
8、坏,两种方法的元素的移动次数相同,因此二分插入排序的时间复杂度仍为O(n2)。二分插入算法与直接插入算法的元素移动一样是顺序的,因此该方法也是稳定的。第12页,本讲稿共70页分析直接插入排序分析直接插入排序1.若待排序记录序列按关键字若待排序记录序列按关键字基本有序基本有序,则排序效率可大,则排序效率可大大提高;大提高;2.待排序记录总数越少,排序效率越高;待排序记录总数越少,排序效率越高;希尔(shell)排序第13页,本讲稿共70页思想思想:先将待排序记录序列分割成为若干子序列分别进行直接插入排序;先将待排序记录序列分割成为若干子序列分别进行直接插入排序;待整个序列中的记录基本有序后,再全
9、体进行一次直接插入排序。待整个序列中的记录基本有序后,再全体进行一次直接插入排序。例,序列例,序列 49 38 65 97 76 13 27 48 55 4 19 第一趟排序第一趟排序49 13 1938 2765 4897 5576 413 19 4927 3848 6555 974 76第14页,本讲稿共70页第二趟排序第二趟排序13 19 4927 3848 6555 974 7613 55 38 7627 4 65 4948 19 9713 38 55 764 27 49 6519 48 97第三趟排序第三趟排序4 13 19 27 38 48 49 55 65 76 97第15页,本
10、讲稿共70页希尔排序的算法希尔排序的算法希尔排序的算法希尔排序的算法template void ShellSort(T Vector,int arrSize )T temp;int gap=arrSize/2;/gap是子序列间隔 while(gap!=0)/循环,直到gap为零 for(int i=gap;i=gap;j-=gap)if(temp Vectorj-gap)Vectorj=Vectorj-gap;else break;Vectorj=temp;gap=(int)(gap/2);第16页,本讲稿共70页希尔排序效率分析希尔排序的时间复杂性在O(nlog2n)和O(n2)之间,大致
11、为O(n1.3)。第17页,本讲稿共70页思想思想:通过不断比较相邻元素大小,进行交换来实现排序。通过不断比较相邻元素大小,进行交换来实现排序。首先将第一个元素与第二个元素比较大小,若为逆序,则交换;首先将第一个元素与第二个元素比较大小,若为逆序,则交换;然后比较第二个元素与第三个元素的大小,若为逆序,则交换;然后比较第二个元素与第三个元素的大小,若为逆序,则交换;.直至比较第直至比较第 n-1 个元素与第个元素与第 n 个元素的大小,若为逆序,则交换;个元素的大小,若为逆序,则交换;第一趟排序第一趟排序:结果结果:关键字最大关键字最大的记录被交换至的记录被交换至最后最后一个元素位置上。一个元
12、素位置上。交换排序冒泡排序第18页,本讲稿共70页例,序列例,序列 49 38 76 13 2749 38 76 13 2738 49 13 27 38 4913 7627 76初初始始第第一一趟趟排排序序后后最大值最大值13 4927 49次大值次大值第第二二趟趟排排序序后后38 13 2713 2713 38 27 38第第三三趟趟排排序序后后第第四四趟趟排排序序后后第19页,本讲稿共70页冒泡排序的算法实现冒泡排序的算法实现。void Bubblesort(ElemType R,int n)int flag=1;/当flag为0则停止排序 for (int i=1;i=i;j-)if(R
13、jRj-1)/发生逆序 ElemType t=Rj;Rj=Rj-1;Rj-1=t;flag=1;/交换,并标记发生了交换 if(flag=0)return;第20页,本讲稿共70页冒泡排序的效率分析冒泡排序的效率分析从冒泡排序的算法可以看出,若待排序的元素为正序,则只需进行一趟排序,比较次数为(n-1)次,移动元素次数为0;若待排序的元素为逆序,则需进行n-1趟排序,比较次数为(n2-n)/2,移动次数为3(n2-n)/2,因此冒泡排序算法的时间复杂度为O(n2)。由于其中的元素移动较多,所以属于内排序中速度较慢的一种。因为冒泡排序算法只进行元素间的顺序移动,所以是一个稳定的算法。第21页,本
14、讲稿共70页冒泡排序的一种改进算法。冒泡排序的一种改进算法。思想思想:以以首记录首记录作为作为轴记录轴记录,从前、后双向扫描序列,通过交换,实现大值记录后,从前、后双向扫描序列,通过交换,实现大值记录后移,小值记录前移,最终将轴记录安置在一个适当的位置。移,小值记录前移,最终将轴记录安置在一个适当的位置。(小值记录在前、小值记录在前、大值记录在后大值记录在后)轴记录轴记录将原序列分割成两部分,依次对前后两部分重新设定轴记录,继而将原序列分割成两部分,依次对前后两部分重新设定轴记录,继而分别再进行快速排序。分别再进行快速排序。直至整个序列有序。直至整个序列有序。交换排序快速排序第22页,本讲稿共
15、70页快排序(Quick Sort)快速排序实例n快排序算法思想第23页,本讲稿共70页快排序(Quick Sort)|快排序-分割过程z快排序是一个分治算法(也是第一个)z快排序的关键过程是每次递归的分割过程z分割问题描述:对一个序列,取它的一个元素作为轴,把所有小于轴的元素放在它的左边,大于它的元素放在它的右边z分割算法:用临时变量对轴备份取两个指针low和high,它们的初始值就是序列的两端下标,在整个过程中保证low不大于high移动两个指针l首先从high所指的位置向左搜索,找到第一个小于轴的元素,把这个元素放在low的位置l再从low开始向右,找到第一个大于轴的元素,把它放在hig
16、h的位置第24页,本讲稿共70页快排序(Quick Sort)|快排序-分割过程z分割算法:重复上述过程,直到low=high,把轴放在low所指的位置这样所有大于轴的元素被放在右边,所有小于轴的元素被放在左边第25页,本讲稿共70页快排序(Quick Sort)|快排序-分割过程38 65 97 76 13 27 4949lowlowhighhighpivot=49 0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7highhigh38 65 97 76 13 4927lowlow27 38 97 76 13 4965highhigh27 38 97 76 65 4913lowlo
17、w27 38 13 76 65 4997highhigh49第26页,本讲稿共70页快排序(Quick Sort)|快排序-分割过程int Partition(T Array,int low,int high)T pivot=Arraylow;/while(low high)/在作为快排序的子程序时不用 while(low=pivot)high-;Arraylow=Arrayhigh;while(low high&Arraylow=pivot)low+;Arrayhigh=Arraylow;/在作为快排序的子程序时不用 Arraylow=pivot;return low;第27页,本讲稿共70
18、页快排序(Quick Sort)|快排序-算法z快排序算法是个递归地对序列进行分割的过程,递归终止的条件是最终序列长度为1 0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 749 38 65 97 76 13 27 49 76 97 65 4927 38 134949133827 49 65977613 17 38 49 76 9749 65第28页,本讲稿共70页快排序(Quick Sort)|快排序-算法void QuickSort(T Array,int low,int high)int PivotLocation;if(low high)PivotLocation=Parti
19、tion(Array,low,high);QuickSort(Array,low,PivotLocation-1);QuickSort(Array,PivotLocation+1,high);第29页,本讲稿共70页3快速排序的效率分析快速排序的效率分析若快速排序出现最好的情形(左、右子区间的长度大致相等),则结点数n与二叉树深度h应满足log2nhlog2n+1,所以总的比较次数不会超过(n+1)log2n。因此,快速排序的最好时间复杂度应为O(nlog2n)。而且在理论上已经证明,快速排序的平均时间复杂度也为O(nlog2n)。若快速排序出现最坏的情形(每次能划分成两个子区间,但其中一个是
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