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六大排序算法:插入排序、希尔排序、选择排序、冒泡排序、堆排序、快速排序

2024年07月28日 Java 我要评论
从数列中挑出一个元素,称为"基准"(pivot),重新排序数列,所有比基准值小的元素摆放在基准前面,所有比基准值大的元素摆在基准的后面(相同的数可以到任一边)。, ht(称为增量序列)来定义每个比较之间的"距离"。冒泡排序重复地遍历要排序的数列,一次比较两个元素,如果它们的顺序错误就把它们交换过来。选择排序的工作原理是不断地选择剩余元素中的最小(或最大)元素,放到已排好序的序列的末尾,直到排序完整个序列。插入排序的工作原理是通过构建有序序列,对于未排序数据,在已排序序列中从后向前扫描,找到相应位置并插入。

插入排序

       插入排序的工作原理是通过构建有序序列,对于未排序数据,在已排序序列中从后向前扫描,找到相应位置并插入。

def insertion_sort(arr):
    # 从数组的第二个元素开始遍历数组
    for i in range(1, len(arr)):
        key = arr[i]  # 取出当前要插入的元素
        j = i - 1  # 从当前元素的前一个元素开始向前比较
        # 当前面的元素大于key,并且索引j不越界时,将前面的元素向后移动
        while j >= 0 and key < arr[j]:
            arr[j + 1] = arr[j]
            j -= 1  # 索引j向前移动
        arr[j + 1] = key  # 将key插入到正确的位置

希尔排序

       希尔排序是插入排序的一种更高效的改进版本。它与插入排序的不同之处在于,它会优先比较距离较远的元素。希尔排序使用一个序列h1, h2, …, ht(称为增量序列)来定义每个比较之间的"距离"。

def shell_sort(arr):
    n = len(arr)
    gap = n // 2  # 初始化间隔大小为n/2
    while gap > 0:
        for i in range(gap, n):
            temp = arr[i]
            j = i
            # 类似于插入排序,但是比较的间隔是gap
            while j >= gap and arr[j - gap] > temp:
                arr[j] = arr[j - gap]
                j -= gap
            arr[j] = temp
        gap //= 2  # 间隔大小减半

选择排序

       选择排序的工作原理是不断地选择剩余元素中的最小(或最大)元素,放到已排好序的序列的末尾,直到排序完整个序列。

def selection_sort(arr):
    for i in range(len(arr)):
        min_idx = i  # 假设当前索引的元素是最小的
        for j in range(i+1, len(arr)):
            # 如果找到比当前最小元素更小的元素,更新最小元素的索引
            if arr[min_idx] > arr[j]:
                min_idx = j
        # 将找到的最小元素与当前位置的元素交换
        arr[i], arr[min_idx] = arr[min_idx], arr[i]

冒泡排序

        冒泡排序重复地遍历要排序的数列,一次比较两个元素,如果它们的顺序错误就把它们交换过来。遍历数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换,也就是说该数列已经排序完成。

def bubble_sort(arr):
    n = len(arr)
    for i in range(n):
        swapped = false  # 标记本轮是否发生了交换
        for j in range(0, n-i-1):
            # 如果前一个元素大于后一个元素,交换它们
            if arr[j] > arr[j+1]:
                arr[j], arr[j+1] = arr[j+1], arr[j]
                swapped = true  # 发生了交换
        # 如果一轮下来没有发生交换,说明数组已经有序,可以提前结束排序
        if not swapped:
            break

快速排序

        快速排序使用分治法策略来把一个序列分为较小的序列。从数列中挑出一个元素,称为"基准"(pivot),重新排序数列,所有比基准值小的元素摆放在基准前面,所有比基准值大的元素摆在基准的后面(相同的数可以到任一边)。在这个分割结束之后,该基准就处于数列的中间位置。这个称为分区(partitioning)操作。

def quick_sort(arr):
    if len(arr) <= 1:
        return arr  # 基本情况:数组长度为0或1时,直接返回数组
    pivot = arr[len(arr) // 2]  # 选择中间元素作为基准
    left = [x for x in arr if x < pivot]  # 所有小于基准的元素
    middle = [x for x in arr if x == pivot]  # 所有等于基准的元素
    right = [x for x in arr if x > pivot]  # 所有大于基准的元素
    # 递归地对左右两部分进行快速排序
    return quick_sort(left) + middle + quick_sort(right)

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