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第10章-内排序第3讲-交换排序(冒泡-快速)

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数据结构-内排序

数据结构-内排序

Shell排序的性能分析
Shell排序的时间复杂度在O(nlog2n)和O(n2)间， Knuth的 统计结论是，平均比较次数和记录平均移动次数在n1.25与 1.6n1.25之间
Shell排序是一种不稳定的排序方法
最后谈一下delta的取法。 Shell最初的方案是delta=n/2， delta=delta/2，直到delta=1。Knuth的方案是delta=delta/3 +1。其它方案有：都取奇数为好；或delta互质为好等等。 而使用象1, 2, 4, 8, …或1, 3, 6, 9, …这样的增量序列就不太 合适，因为这样会使几个元素多次被分到一组中，从而造 成重复排序，产生大量无用的比较操作
另外，在无序子表中向前移动的过程中，如果没 有交换元素，则说明无序子表已有序，无须再做 排序
24
冒泡排序算法实现
1 void bubble_sort(RecType R[ ], int n) { 2 //待排序元素用一个数组R表示，数组有n个记录
3 int i, j; 4 bool swap=TRUE; //判断无序子表是否已有序的变量
内排序和外排序 按照排序过程中使用内、外存的不 同将排序方法分为内排序和外排序。若待排序记录全 部在内存中，称为内排序；若待排序记录的数量很大， 以致内存一次不能容纳全部记录，在排序过程中需要 进行内、外存交换，称为外排序。本章仅讨论内排序
内排序可分为五大类：插入排序、交换排序、选择排 序、归并排序和基数排序
直接插入排序(straight insert sort) 折半插入排序(binary insert sort) Shell排序(Shell sort)
10
10.2.1 直接插入排序举例

数据结构-第十章-内部排序

数据结构-第十章-内部排序

0
1
2
3
4
5
6
7
8
i=5
MAXINT 49 2 3
MAXINT 49 6 3 MAXINT 49 6 3 MAXINT 49 6 8
38 1
38 1 38 1 38 1
65 97 5 0
65 5 65 5 65 5 97 0 97 0 97 0
76 4
76 4 76 4 76 4
13
27
49
i=6



最坏情况下,待排记录按关键字非递增有序 排列（逆序）时，第 i 趟时第 i＋1 个对象 必须与前面 i 个对象都做排序码比较, 并且 每做1次比较就要做1次数据移动。总比较 次 数 为 (n+2)(n-1)/2 次 ， 总 移 动 次 数 为 (n+4)(n-1)/2。 在平均情况下的排序码比较次数和对象移 动次数约为 n2/4。因此，直接插入排序的 时间复杂度为 O(n2)。 直接插入排序是一种稳定的排序方法。
折半插入排序 (Binary Insertsort)
基本思想 既然每个要插入记录之前的纪录 已经按关键字有序排列，在查找插入位 臵时就没有必要逐个关键字比较，可以 使用折半查找来实现。由此进行的插入 排序称之为折半插入排序。
折半插入排序的算法
void BInsertSort (SqList &L){ for (i=2;i<=L.length;++i){ L.r[0]=L.r[i]; low=1;high=i-1; //查找范围由1到i-1 while(low<=high){ m=(low+high)/2; if LT(L.r[0].key,L.r[m].key) high=m-1; else low=m+1; }//while 折半查找 for (j=i-1;j>=high+1;--j) L.r[j+1]=L.r[j]; //折半查找结束后high+1位臵即为插入位臵 L.r[high+1]=L.r[0]; }//for }//BInsertSort

第十章_排序方法(数据结构ppt-严蔚敏)

第十章_排序方法(数据结构ppt-严蔚敏)

第二个问题解决方法——筛选
方法：输出堆顶元素之后，以堆中最后一个元素替代之；然 后将根结点值与左、右子树的根结点值进行比较，并与其中 小者进行交换；重复上述操作，直至叶子结点，将得到新的 堆，称这个从堆顶至叶子的调整过程为“筛选”
例 38 50 97 76
13 27 65 49 13 38
97 27 38 50 76
2 (n 4)(n 1) 记录移动次数： (i 1) 2 i 2
i 2 n
若待排序记录是随机的，取平均值 n2 关键字比较次数： T(n)=O(n² ) 4 记录移动次数：
空间复杂度：S(n)=O(1)
n2 4
折半插入排序
排序过程：用折半查找方法确定插入位置的排序叫~
初始时令i=s,j=t 首先从j所指位置向前搜索第一个关键字小于x的记录，并和rp 交换 再从i所指位置起向后搜索，找到第一个关键字大于x的记录， 和rp交换 重复上述两步，直至i==j为止 再分别对两个子序列进行快速排序，直到每个子序列只含有 一个记录为止
x 例 初始关键字： 27 49 i 完成一趟排序： ( 27 38 13 49 65 i 13) 49 97 76 j 97 49 13 j 97 65 49 27 50 j 50)
13 38
76 65 27 49
堆排序：将无序序列建成一个堆，得到关键字最小 （或最大）的记录；输出堆顶的最小（大）值后，使 剩余的n-1个元素重又建成一个堆，则可得到n个元素 的次小值；重复执行，得到一个有序序列，这个过程 叫~ 堆排序需解决的两个问题：
如何由一个无序序列建成一个堆？ 如何在输出堆顶元素之后，调整剩余元素，使之成为一个新 的堆？
按排序所需工作量

《数据结构》陈慧南 第10章

《数据结构》陈慧南 第10章
n−1
n( n − 1 ) ∑i = 2 i =1
南京邮电大学计算机学院 陈慧南 2006年9月 2006年
9.2.3 冒泡排序
（48，36，68，72，12，48，02） 48，36，68，72，12，48，02） 36，48，68，72，12，48，02） （36，48，68，72，12，48，02） 36，48，68，72，12，48，02） （36，48，68，72，12，48，02） 36，48，68，72，12，48，02） （36，48，68，72，12，48，02） 36，48，68，12，72，48，02） （36，48，68，12，72，48，02） （36，48，68，12，48，72，02） 36，48，68，12，48，72，02） 36，48，68，12，48，02，72） （36，48，68，12，48，02，72）
南京邮电大学计算机学院 陈慧南 2006年9月 2006年
序列中两个元素R 序列中两个元素 i和Rj (i<j)，且Ki=Kj，若 ， 排序后仍保持p(i)<p(j)，即Ri 仍然排在 j之 仍然排在R 排序后仍保持 ， 则称所用的排序算法是稳定的。 反之， 前 ， 则称所用的排序算法是稳定的 。 反之 ， 称该排序算法是不稳定的。 称该排序算法是不稳定的。 如果待排序元素总数相对于内存而言较小， 如果待排序元素总数相对于内存而言较小 ， 整个排序过程可以在内存中进行， 整个排序过程可以在内存中进行 ， 则称之 为内部排序； 反之， 为内部排序 ； 反之 ， 如果待排序元素总数 较多， 不能全部放入内存， 较多 ， 不能全部放入内存 ， 排序过程中需 访问外存， 则称之为外部排序。 访问外存 ， 则称之为外部排序 。 本章讨论 内部排序。 内部排序。

第10章-内部排序PPT课件

第10章-内部排序PPT课件
L.r[j+1]=L.r[j]; //将j……i-1的记录后移一格 L.r[j+1]=L.r[0]; } //将Ri插入到位置j+1 }
-
算法效率
时间复杂度
待排序记录按关键字从小到大排列(正序)
n
比较次数: 1 n 1 i2
移动次数: 0
待排序记录按关键字从大到小排列(逆序)
比较次数:
n i (n2)(n1)
i2
2
移动次数:
n
(n4)(n1)
(i1)
i2
2
待排序记录随机，取平均值
比较次数: n 2
4
移动次数: n 2
4
总的时间复杂度:T(n)=O(n2)
空间复杂度：S(n)=O(1)
-
3. 折半插入排序
排序过程：用折半查找方法确定插入位置。 举例：
i=1: (38) (49) 38 65 97 76 13 27 49
5 R’={5}
R={10,2}
2 R’={2,5}
R={2}
10 R’={2,5,10}
R={ }
2 R’={2,2,5,10}
-
2. 直接插入排序
排序过程：整个排序过程为n-1趟插入
将序列中第1个记录看成是一个有序子序列 从第2个记录开始，逐个进行插入，直至整个序列有序
R1 R2 …… Rn
内部排序适用于记录个数不很多的小文件； 外部排序则适用于记录个数太多，不能一次 将其全部放入内存的大文件
排序依据策略
插入排序：直接插入排序, 折半插入排序, 希尔排序 交换排序：冒泡排序, 快速排序 选择排序：简单选择排序, 堆排序 归并排序：2-路归并排序 基数排序

第十章排序

第十章排序
第一趟：第1个与第2个比较，大则交换；第2个与第3个比较， 大则交换，……关键字最大的记录交换到最后一个位置上； 第二趟：对前n-1个记录进行同样的操作，关键字次大的记录交换 到第n-1个位置上；
依次类推，则完成排序。
正序：时间复杂度为O(n) 逆序：时间复杂度为O(n2)
适合于数据较少的情况。
2013-5-13 排序n个记录的文件最多需要n-1趟冒泡排序。 举例：图8-2-5
25
思想：小的 浮起，大的 沉底。
25 56 49 78 11 65 41 36
初 始 关 键 字
25 49 56 11 65 41 36 78
第 一 趟 排 序 后
25 49 11 56 41 36 65
25 11 49 41 36 56
11 25 41 36 49
11 25 36 41
11 25 36
简单选择排序、堆排序。
1、简单选择排序
思想：首先从1~n个元素中选 出关键字最小的记录交换到第 一个位置上。然后再从第2 个 到第n个元素中选出次小的记 录交换到第二个位置上，依次 类推。
时间复杂度为O(n2)， 适用于待排序元素较少的情况。
3 j 3 k 3 k 3
互换
9 9 j 9 9
1 1 1 j 1 k 8
插入算法如下：
9
方法:Ki与Ki-1,K i-2,…K1依次比较,直到找到应插入的位置。 void insertSort(RedType L[ ],int n)
{ int i ,j; for(i=2; i<=n; i++) if(L[i].key<L[i-1].key)
{
L[0]=L[i];
L[j+1]=L[j]; L[j+1]=L[0];

第十章排序(可编辑修改word版)

主要辅助手段：多媒体
作业布置
10-4(2),(4),(5),10-6,
主 要 参考资料
1．《数据结构》，严蔚敏 吴伟民，清华大学出版社；2.数据结构题集（C语言版），
严蔚敏 吴伟民，清华大学出版社；
备注
重点难点
希尔的思想，实现，算法分析
要求掌握知识点和
分析方法
1.概念：排序，主（次）关键字，内部（外部）排序，比较排序算法的技术指标2。插入排序的基本思想；3。直接直接插入排序和希尔的思想，实现，算法分析。
教授思路，采 用 的 教学方法和辅助手段，板书设计，重 点 如 何突出，难点如何解决，师 生 互 动等
难点：堆的调整辅助手段：多媒体
作业布置
10-7,10-8
主 要 参考资料
1．《数据结构》，严蔚敏 吴伟民，清华大学出版社；2.数据结构题集（C语言版），
严蔚敏 吴伟民，清华大学出版社；
备注
章节
10.5归并排序10.6基数排序
讲授主要内容
归并排序 ，基数排序
重点难点
归并排序 ，基数排序的基本思想与算法实现
本章思考题和习题
主 要 参考资料
1．《数据结构》，严蔚敏 吴伟民，清华大学出版社；2.数据结构题集（C语言版），
严蔚敏 吴伟民，清华大学出版社；
备注
章节
10.1概念10.2插入排序
讲授主要内容
1．概念：排序，主（次）关键字，内部（外部）排序，比较排序算法的技术指标2.
插入排序的基本思想；3。直接直接插入排序和希尔的思想，实现，算法分析。
教授思路，采 用 的 教学方法和辅助手段， 板书设计，重 点 如 何突出，难点如何解决，师 生 互 动等
教学思路：

第十章 内部排序


(38) (65) (97) (76) (13) (27) (49)
直接插入排序算法
Void InsertSort(SqList &L) { //对顺序表L作直接插入排序 for (i=2; i<=L.length; ++i) if LT(L.r[i].key, L.r[i-1].key) { L.r[0]=L.r[i]; //复制为哨兵 for (j=i-1; LT(L.r[0].key, L.r[j].key); --j) L.r[j+1]=L.r[j]; //记录后移 L.r[j+1]=L.r[0]; //插入到正确位置 } }//InsertSort
改写上述算法：将枢轴暂存在r[0]的位置上，直至一趟排 序结束后再将枢轴记录移至正确位置上， 算法10.6(b)： Int Partition(SqList &L, int low, int high) { L.r[0]=L.r[low]; Pivotkey=L.r[low].key; while (low<high) { while(low<high && L.r[high].key>=pivotkey) --high;
10。3交换排序
起泡排序思想： 依次对未排序部分相邻的两个元素进行比较,若逆序则 交换位置,每一趟可以使一个最大(最小)元素从这个序列 中冒出来,经过n-1趟,就可以排好序 例：
起泡排序示例
初始关键字 第一趟排序后 第二趟排序后 第三趟排序后 第四趟排序后 第五趟排序后 12 12 12 12 12 4 23 23 18 14 4 18 18 14 4 14 14 14 4 18 4 4 23 90 90
快速排序

交 换 排 序


(2) (3)
49 25*
25 49
21
25
leSort(SeqList R) {int i，j，exchange；
for(i=1;i<n;i++)
{ exchange=0； for(j=n-1;j>=i；j--)
if(R[j+1].key<R[j].key)
▪ 在整个排序过程中，最多执行(n-1)遍。但执行的 遍数可能少于(n-1)，这是因为在执行某一遍的各 次比较没有出现结点交换时，就不用进行下一遍的 比较。
冒泡排序示例
i (4)
16 1
25* 2
49 3
25*
(0) (1) (5)
21 25 08
08 21 16
08 16 25*
08 16 49
划分算法
int Partition(SeqList R，int i，int j) {ReceType pivot=R[i]；
while(i<j)
{while(i<j&&R[j].key>=pivot.key) j--；
if(i<j) R[i++]=R[j]；
while(i<j&&R[i].key<=pivot.key) i++；
if(i<j)
R[j--]=R[i];
} //endwhile R[i]=pivot； return i；
}
快速排序的算法分析
考虑关键字的比较次数和对象移动次数
▪最坏情况是每次划分选取的基准都是当前无序区 中关键字最小（或最大）的记录，划分的结果是基 准的左边（或右边）为空，划分前后无序区的元素 个数减少一个，因此，排序必须做n-1趟，每一趟中 需做n-i次比较，所以最大比较次数为

数据结构使用C语言版朱战立丛书版本排序


{ span = d[m];
//取本次的增量值
for<k = 0; k < span; k++> //共span个小组
{
//组内是直接插入排序,区别是每次不是增1而是增
span
for<i = k; i < n-span; i = i+span>
{ temp = a[i+span];
j = i;
while<j > -1 && temp.key < a[j].key>
优点：实现简单
缺点：每趟只能确定一个元素,表长为n时需要n-1趟
算法如下：
void SelectSort<DataType a[], int n>
{
int i, j, small;
DataType temp;
for<i = 0; i < n-1; i++>
{ small = i;
//设第i个数据元素关键字
(a)初始最大堆 40
32
9
5
10
40 32 9 5 10 50 76 88 (d)交换顶点50后 9
5
76
50
40
5
10
9
32
76 50 40 5 10 9 32 88 (b)交换顶点88后 32
10
9
5
32 10 9 5 40 50 76 88 (e)交换顶点40后
5
9 5 10 32 40 50 76 88
{ a[j+span] = a[j];
j = j-span;
65
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n个元素
划分时间为O(n)
n-1个元素
n层
n-2个元素
┇
此时时间复杂度为O(n2)，空间复杂度为O(n)。
14/22
平均情况：
n个元素
划分时间为O(n)
k-1个元素
n-k个元素
k：1~n，共有n种情况
由此可得快速排序所需时间的平均值为：
Tavg (n)
Cn
1 n
n k 1
Tavg (k
1)
Tavg (n
整个区间：R[s..t]
3
1
5
4
2
tmp
左区间i：R[s..i-1]
右区间：R[i+1j..t]
i=j：区间处理完毕
划分完毕
8/22
【例10-4：p377】设待排序的表有10个记录，其关键字分别 为（6，8，7，9，0，1，3，2，4，5）。说明采用快速排序方法 进行排序的过程。
9/22
快速排序递归树
基本思路
两个记录反序时进行交换
常见的交换排序方法： （1）冒泡排序（或起泡排序） （2）快速排序
1/22
2/22
R[0]
有
序 区
┇
R[i-1]
R[i]
无 序
R[i+1]
区┇
R[n-1]
一趟排序
R[0]
有
┇
序 区
R[i-1] R[i]
将无序区中
最小记录放 在R[i]
R[i+1] ┇
无 序 区
R[n-1]
6879013245
542301 6 978
14230 5
87 9
0 1 234
78
树， 每个分支结点对应一次递 归调用。这里递归次数：
7 左右分区处理的顺序无关
0，1，2，3，4，5，6，7，8，9
10/22
【例（补充】采用递归方式对顺序表进行快速排序，下列关于 递归次数的叙述中，正确的是（ ）。
A. 顺序存储
B. 散列存储
C. 链式存储
D. 索引存储
说明：本题为2011年全国考研题
12/22
算法分析
最好情况：
n个元素
划分时间为O(n)
n/2或n/2 -1个元素
n/2或n/2 -1个元素
……
log2n层
此时时间复杂度为O(nlog2n)，空间复杂度为O(log2n)。
13/22
最坏情况：
所以冒泡排序最好时间复杂度为O(n)，最坏和平均为O(n2)。
5/22
6/22
基准
无序的记录序列
一次划分
无序子序列
基准 无序子序列
分别进行快速排序
每趟使表的第1个元素放入适当位置（归位），将表一分为 二，对子表按递归方式继续这种划分，直至划分的子表长为0或 1（递归出口）。
7/22
回顾划分：示例
A. 递归次数与初始数据的排列次序无关 B. 每次划分后，先处理较长的分区可以减少递归次数 C. 每次划分后，先处理较短的分区可以减少递归次数 D. 递归次数与每次划分后得到的分区处理顺序无关
说明：本题为2010年全国考研题
11/22
【例（补充）】 为实现快速排序法，待排序序列宜采用存储
方式是（ ）。
4/22
算法分析
最好的情况（关键字在记录序列中正序）：只需进行一趟冒泡
“比较”的次数： n-1
“移动”的次数： 0
最坏的情况（关键字在记录序列中反序）：需进行n-1趟冒泡
“比较”的次数：
n1
(n i 1) n(n 1) 2
i0
“移动”的次数：
n－2
3(n－i 1) 3n(n 1) 2
i0
k)
1次划分的时间
则可得结果： Tavg(n)=Cnlog2n。
结论: 快速排序的平均时间复杂度为O(nlog2n) 。
平均所需栈空间为O(log2n)。
15/22
16/22
━━本讲完━━
17/22
初始有序区为空。 i＝0~n-2，共n-1趟使整个数据有序。
有序区总是全 局有序的
3/22
采用前面的冒泡排序方法对(2，1，3，4，5) 进行排 序
初始关键字 2 1 3 4 5
i=0
12345
已经全部有 序了
i=1
12345
i=2
12345
i=3
12345
如何提高效率？
一旦某一趟比较时不出现记录交换，说明已排好 序了，就可以结束本算法。