排序算法汇总

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目录

常数时间的操作

选择排列

冒泡排列

【异或运算】

面试题:

1)在一个整形数组中,已知只有一种数出现了奇数次,其他的所有数都出现了偶数次,怎么找到出现了奇数次的数?(要求时间复杂度O(N),空间复杂度O(1))

2)在一个整形数组中,已知有两种数出现了奇数次,其他的所有数都出现了偶数次,怎么找到这两种数?(要求时间复杂度O(N),空间复杂度O(1))

插入排序

二分法的详解与扩展

1)在一个有序数组中,找某个数是否存在

2)在一个有序数组中,找大于等于某个数最左侧的位置

局部最小值问题

在一个数组中arr无序,且任何两个相邻的数不相等,求局部最小

对数器的概念和使用

递归行为和递归行为时间复杂度的估算

归并排序

小和问题

在一个数组中,每一个数左边比当前数小的数累加起来,叫做这个数组的小和。求一个数组的小和。

例:[1,2,4,3,5],1左边比1小的数没有;2左边比2小的数,1;4左边比4小的数,1,2;3左边比3小的数,1,2;5左边比5小的数1,2,4,3;

所以小和为1+1+2+1+2+1+2+4+3=17

荷兰国旗问题

问题一

给定一个数组arr,和一个数num,请把小于等于num的数放在数组的左边,大于num的数放在数组的右边.要求额外空间复杂度O(1),时间复杂度O(N)

问题二

给定一个数组arr和一个数num请把小于num的数放在数组的左边,等于num的数放在数组的中间,大于num的数放在数组的右边.要求额外空间复杂度O(1),时间复杂度O(N).

不改进的快速排序

heapinsert过程

heapify过程

堆排序

已知一个几乎有序的数组,几乎有序是指[如果把数组排好顺序的话,每个元素移动的距离可以不超过K,并且k相对于数组来说比较小]请选择一个合适的排序算法针对这个数据进行排序。

比较器的使用

桶排序思想下的排序

排序算法的稳定性及其汇总


常数时间的操作

一个操作如果和样本的数据量没有关系,每次都是固定时间内完成的操作,叫做常数操作

时间复杂度为一个算法流程中,常数操作数量的一个指标。

常用O(读作bigO)来表示。具体来说,先要对一个算法流程非常熟悉,然后去写出这个算法流程中,发生了多少常数操作,进而总结出常数操作数量的表达式。

在表达式中,只要高阶项,不要低阶项的系数,剩下的部分如果为f(N),那么时间复杂度为O(f(N))

评价一个算法流程的好坏,先看时间复杂度的指标,然后再分析不同数据样本下的实际运行时间,也就是“常数项时间”

数组、+、-、*、/、位运算是常数操作

链表不是常数操作

额外空间复杂度

指这个流程需要多少额外空间才能支持计算下来

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选择排列

冒泡排列

相邻比较,谁大谁往右移

【异或运算】

1)0^N=N  N^N=0

2)  满足交换、结合律

 a^b=b^a   (a^b)^c=a^(b^c)

(抖机灵法:不用额外分配一块内存空间)

int a=甲 int b=乙

a=a^b;  ——>a=甲^乙 b=乙;

b=a^b;  ——>a=甲^乙 b=甲^乙^乙=甲^0=甲;

a=a^b;  ——>a=甲^乙^甲=乙^0= b=

前提:a和b在内存里是两块独立的区域,i位置不能等于j位置,否则会异或成0

面试题:

1)在一个整形数组中,已知只有一种数出现了奇数次,其他的所有数都出现了偶数次,怎么找到出现了奇数次的数?(要求时间复杂度O(N),空间复杂度O(1))

———————————————————————————————————————

2)在一个整形数组中,已知有种数出现了奇数次,其他的所有数都出现了偶数次,怎么找到这两种数?(要求时间复杂度O(N),空间复杂度O(1))

  1. 先让eor从头异或到尾,结尾时eor=a^b≠0
  2. a和b一定有一位不一样的,假设第8位因为把整个数组分成2类;第1类:第8位是0;第2类:第8位是1

         eor1只异或第8位是1的数;eor1为a或b

      3.eor^eor1为另一个a或b

把一个不为0的数最右侧的1,提取出来的操作:int rightone=eor&(~eor+1);

插入排序

时间复杂度O(),额外空间复杂度O(1)

算法流程按照最差情况来估计时间复杂度

数据状况不同会导致算法流程的时间复杂度不一样

选择排序和冒泡排序算法和数据状况无关

二分法的详解与扩展

1)在一个有序数组中,找某个数是否存在

  1. 2)在一个有序数组中,找大于等于某个数最左侧的位置

局部最小值问题

在一个数组中arr无序,且任何两个相邻的数不相等,求局部最小

 

优化方向1)数据状况2)问题标准

对数器的概念和使用

  1. 有一个你想要测的方法a
  2. 实现复杂度不好但是容易实现的方法b
  3. 实现一个随机样本产生器
  4. 把方法a和方法b跑相同的随机样本,看得到的结果是否一样
  5. 如果有一个随机样本使得比对结果不一致,打印样本进行人工干预,改对方法a或者方法b
  6. 当样本数量很多时对比测试依然正确,可以确定方法a已经正确

递归行为和递归行为时间复杂度的估算

用递归方法找一个数组中的最大值,系统上到底怎么做的?

Master公式的使用

T(N)=a*T(Nb)+O()

  1. >d  复杂度为O()
  2. =d  复杂度为O()
  3. <d  复杂度为O()

中点:mid=L+=L+(R-L)>>1

归并排序

  1. 整体就是一个简单递归,左边排好序,右边排好序,让其整体有序
  2. 让其整体有序的过程用了外排序方法
  3. 利用master公式来求解时间复杂度
  4. 归并排序的实质

时间复杂度O(),额外空间复杂度O(N)

选择、冒泡、插入O()浪费了大量的比较行为 

归并排序比较行为没有被浪费

比较行为被留下来了,变成了一个整体有序的部分,信息往下传递

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归并排序的扩展

小和问题

在一个数组中,每一个数左边比当前数小的数累加起来,叫做这个数组的小和。求一个数组的小和。

例:[1,2,4,3,5],1左边比1小的数没有;2左边比2小的数,1;4左边比4小的数,1,2;3左边比3小的数,1,2;5左边比5小的数1,2,4,3

所以小和为1+1+2+1+2+1+2+4+3=17

逆序对问题

在一个数组中,左边的数如果比右边的数大,则这两个数构成一个逆序对,请打印所有逆序对。

例如:数组[3,2,4,5,0],存在逆序对[3,2]、[3,0]、[2,0]、[4,0]、[5,0]

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荷兰国旗问题

问题一

给定一个数组arr,和一个数num,请把小于等于num的数放在数组的左边,大于num的数放在数组的右边.要求额外空间复杂度O(1),时间复杂度O(N)

问题二

给定一个数组arr和一个数num请把小于num的数放在数组的左边,等于num的数放在数组的中间,大于num的数放在数组的右边.要求额外空间复杂度O(1),时间复杂度O(N).

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不改进的快速排序

1)把数组范围中的最后一个数作为划分值,然后把数组通过荷兰国旗问题分成三个部分

左侧<划分值、中间==划分值、右侧>划分值

2)对左侧范围和右侧范围,递归执行

分析:

  1. 划分值越靠近两侧,复杂度越高;划分值越靠近中间,复杂度越低
  2. 可以轻而易举的举出最差的例子,所以不改进的快速排序时间复杂度为O(

快排额外空间复杂度O(

  1. 堆结构就是用数组实现的完全二叉树结构
  2. 完全二叉树中如果每棵子树的最大值都在顶部就是大根堆
  3. 完全二叉树中如果每棵子树的最小值都在顶部就是小根堆
  4. 堆结构的heapInsert(一路往上走)与heapify(一路往下走)操作
  5. 堆结构的增大和减少
  6. 优先级队列结构就是堆结构

heapinsert过程

heapify过程

堆排序

1.先让整个数组都变成大根堆结构,建立堆的过程;

  1. )从上到下的方法,时间复杂度O(N
  2. 从下到上的方法,时间复杂度O(N)

2.把堆的最大值和堆末尾的值交换,然后减少堆的大小,之后,再去调整堆,一直周而复始,时间复杂度O(N

3.  堆的大小减小成0之后,排序完成

堆排序扩展题目

已知一个几乎有序的数组,几乎有序是指[如果把数组排好顺序的话,每个元素移动的距离可以不超过K,并且k相对于数组来说比较小]请选择一个合适的排序算法针对这个数据进行排序。

小根堆在Java中优先级队列意思

PriorityQueue<Integer>  heap=new PriorityQueue<>();

1.扩容怎么办?

扩容次数O()水平

每次扩容O(N)水平

整体O()水平

单位平均下来O()水平

2.系统写好的堆,不支持已经实现了的堆用很轻的代价,使某一结构变值,调整自己写的堆

比较器的使用

  1. 比较器的实质就是重载比较运算符
  2. 比较器可以很好的应用在特殊标准的排序上
  3. 比较器可以很好的应用在根据特殊标准排序的结构上

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不基于比较的排序都是根据数据状况做的排序

桶排序思想下的排序

  1. 计数排序
  2. 基数排序

分析

  1. 桶排序思想下的排序都是不基于比较的排序
  2. 时间复杂度O(N),额外空间复杂度O(N)
  3. 应用范围有限,需要样本的数据状况满足桶的划分

 

排序算法的稳定性及其汇总

同样值的个体之间,如果不因为排序而改变相对次序,就是这个排序是有稳定性的;否则就没有

不具有稳定性的排序:选择排序、快速排序、堆排序;

具备稳定性的排序:冒泡排序、插入排序、归并排序、一切桶排序思想下的排序

[相等的时候不让交换,保持了稳定性]

目前没有找到时间复杂度O(),额外空间复杂度O(1),又稳定的排序

选择排序

从0~N-1位置上选一最小值,放0位置上……

冒泡排序

0~1上比较交换,1~2,2~3,3~4,4~5,5位置排好

0~1上比较交换,1~2,2~3,3~4 ,4位置排好

 

……

插入排序

0~0有序

0~1交换、有序

0~2交换、有序

    

时间复杂度

额外空间复杂度

稳定性

选择

O(

O(1)

×

冒泡

O(

O(1)

插入

O(

O(1)

归并

O(

O(N)

快排

O(

O(

×

O(

O(1)

×

常见的坑

  1. 归并排序的额外空间复杂度可以变为O(1),但非常难,不需要掌握,有兴趣可以搜“归并排序内部缓存法”
  2. “原地归并排序”的帖子都是垃圾,会让归并排序的时间复杂度变成O(
  3. 快排可以做到稳定性,但非常难,不需要掌握,可以搜“01 stable sort”
  4. 所有的改进都不重要,因为目前没有找到时间复杂度O(),额外空间复杂度O(1),又稳定的排序
  5. 有一道题目是奇数放在数组左边,偶数放在数组右边,还要求原始的相对次序不变,碰到这个问题,可以怼面试官

工程上对排序的改进

  1. 充分利用O()和O()排序各自的优势
  2. 稳定性的考虑

大样本量时

调度     快排   O(

小样本量时

  插入  O(

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