常见的时间复杂度和排序算法
1、常见的时间复杂度
(1)O(1):常量阶,运行时间为常量
(2)O(logn):对数阶,如二分搜索算法
(3)O(n):线性阶,如n个数内找最大值
(4)O(nlogn):对数阶,如快速排序算法
(5)O(n^2):平方阶,如选择排序,冒泡排序
(6)O(n^3):立方阶,如两个n阶矩阵的乘法运算
(7)O(2^n):指数阶,如n个元素集合的所有子集的算法
(8)O(n!):阶乘阶,如n个元素全部排列的算法
2、常见的排序算法
排序法 | 平均时间 | 最差情形 | 稳定度 | 额外空间 | 备注 |
---|---|---|---|---|---|
冒泡 | O(n2) | O(n2) | 稳定 | O(1) | n小时较好 |
选择 | O(n2) | O(n2) | 不稳定 | O(1) | n小时较好 |
插入 | O(n2) | O(n2) | 稳定 | O(1) | 大部分已排序时较好 |
希尔 | O(nlogn) | O(ns) 1<s<2 | 不稳定 | O(1) | s是所选分组 |
快速 | O(nlogn) | O(n2) | 不稳定 | O(nlogn) | n大时较好 |
归并 | O(nlogn) | O(nlogn) | 稳定 | O(1) | n大时较好 |
堆 | O(nlogn) | O(nlogn) | 不稳定 | O(1) | n大时较好 |
3、常见算法思想
(1)冒泡排序:
是相邻元素之间的比较和交换,两重循环O(n2);所以,如果两个相邻元素相等,是不会交换的。所以它是一种稳定的排序方法
(2)选择排序:
每个元素都与第一个元素相比,产生交换,两重循环O(n2);举个栗子,5 8 5 2 9,第一遍之后,2会与5交换,那么原序列中两个5的顺序就被破坏了。所以不是稳定的排序算法
(3)插入排序:
插入排序是在一个已经有序的小序列的基础上,一次插入一个元素。刚开始这个小序列只包含第一个元素,事件复杂度O(n2)。比较是从这个小序列的末尾开始的。想要插入的元素和小序列的最大者开始比起,如果比它大则直接插在其后面,否则一直往前找它该插入的位置。如果遇见了一个和插入元素相等的,则把插入元素放在这个相等元素的后面。所以相等元素间的顺序没有改变,是稳定的。
(4)快速排序
快速排序有两个方向,左边的i下标一直往右走,当a[i] <= a[center_index],其中center_index是中枢元素的数组下标,一般取为数组第0个元素。而右边的j下标一直往左走,当a[j] > a[center_index]。如果i和j都走不动了,i <= j, 交换a[i]和a[j],重复上面的过程,直到i>j。 交换a[j]和a[center_index],完成一趟快速排序。在中枢元素和a[j]交换的时候,很有可能把前面的元素的稳定性打乱,比如序列为 5 3 3 4 3 8 9 10 11, 现在中枢元素5和3(第5个元素,下标从1开始计)交换就会把元素3的稳定性打乱,所以快速排序是一个不稳定的排序算法,不稳定发生在中枢元素和a[j]交换的时刻。
(5)归并排序
归并排序是把序列递归地分成短序列,递归出口是短序列只有1个元素(认为直接有序)或者2个序列(1次比较和交换),然后把各个有序的段序列合并成一个有序的长序列,不断合并直到原序列全部排好序。可以发现,在1个或2个元素时,1个元素不会交换,2个元素如果大小相等也没有人故意交换,这不会破坏稳定性。那么,在短的有序序列合并的过程中,稳定是是否受到破坏?没有,合并过程中我们可以保证如果两个当前元素相等时,我们把处在前面的序列的元素保存在结果序列的前面,这样就保证了稳定性。所以,归并排序也是稳定的排序算法。
(6)基数排序
基数排序是按照低位先排序,然后收集;再按照高位排序,然后再收集;依次类推,直到最高位。有时候有些属性是有优先级顺序的,先按低优先级排序,再按高优先级排序,最后的次序就是高优先级高的在前,高优先级相同的低优先级高的在前。基数排序基于分别排序,分别收集,所以其是稳定的排序算法。
(7)希尔排序(shell)
希尔排序是按照不同步长对元素进行插入排序,当刚开始元素很无序的时候,步长最大,所以插入排序的元素个数很少,速度很快;当元素基本有序了,步长很小,插入排序对于有序的序列效率很高。所以,希尔排序的时间复杂度会比o(n^2)好一些。由于多次插入排序,我们知道一次插入排序是稳定的,不会改变相同元素的相对顺序,但在不同的插入排序过程中,相同的元素可能在各自的插入排序中移动,最后其稳定性就会被打乱,所以shell排序是不稳定的。
(8)堆排序
我们知道堆的结构是节点i的孩子为2i和2i+1节点,大顶堆要求父节点大于等于其2个子节点,小顶堆要求父节点小于等于其2个子节点。在一个长为n的序列,堆排序的过程是从第n/2开始和其子节点共3个值选择最大(大顶堆)或者最小(小顶堆),这3个元素之间的选择当然不会破坏稳定性。但当为n/2-1, n/2-2, …1这些个父节点选择元素时,就会破坏稳定性。有可能第n/2个父节点交换把后面一个元素交换过去了,而第n/2-1个父节点把后面一个相同的元素没有交换,那么这2个相同的元素之间的稳定性就被破坏了。所以,堆排序不是稳定的排序算法
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