Java折半二叉树 成都汇智动力-Java实现常用排序算法

原标题：成都汇智动力-Java实现常用排序算法

排序算法介绍

1. 基本概念

稳定性： 待排序的数列中，若两个元素的值相等 R1 = R2 ，在排序结束之后，元素之间的相对位置没有发生变化，则称排序算法是稳定的，否则是不稳定的。算法是否具有稳定性并不能衡量一个算法的优劣，它主要是对算法性质进行描述。

2. 内部排序

排序期间元素全部存放在内存中。

2.1 插入排序

每次将待排序的元素插入到前面已排好序的子序列中

2.1.1 直接插入排序

思路：第 i 次排序，将第 i 个元素插入到前面 i - 1 个已排序好的子序列中

步骤：

找出 L(i)在 L(1…i-1)中的插入位置 k ，从 i - 1 位置处开始比较 将 L(k…i-1)中所有元素后移一位 将 L(i)赋值到 L(k)位置

时间复杂度

最好情况：表中元素已经有序，每插入一个元素，都只需要比较一次而不需要移动元素，时间复杂度为 O(n) 最坏情况：表中元素顺序与结果中想要的顺序相反，那么比较次数就是 2+3+…+ n 次的和，时间复杂度为 O(n^2) 平均情况：最好情况和最坏情况的平均值 O(n^2)

空间复杂度：仅使用了常数个辅助单元，空间复杂度为 O(1)

稳定性：每次待插入的元素都是从后面往前面先比较后移动，若找到相同元素，相同位置也不会发生变化，即是稳定的排序算法

适用场景：元素有序，元素较少

2.1.2 折半插入排序

思路：与直接插入排序类似，只是查找元素待插入位置 k 的时候，使用的是折半查找

步骤：

找出 L(i)在 L(1…i-1)中的插入位置 k ，由于 1…i-1 元素已经有序，这里使用折半查找。 后续步骤与直接插入排序一样

时间复杂度

只是减少了比较元素的次数，约为O(nlogn)，但元素的移动次数仍然依赖于序列的原始状态，故时间复杂度情况与直接插入排序相同

空间复杂度：仅使用了常数个辅助单元，空间复杂度为 O(1)

2.1.3 希尔排序

思路：又称缩小增量排序，将原序列分割为多个L [ i，i + d，i + 2d，+…+ i + kd ] 的子序列，满足这个间隔 d 的元素分配在同一个子序列，并进行直接插入排序，并缩小 d 值，待 d 值为 1 时，在进行最后一次直接插入排序，d 值初始值为 n / 2

步骤：

初始 d1 = n / 2 ，可将原序列分为 d1 个组。如(1,2,3,4,5,6,7,8)可分为(1,5)(2,6)(3,7)(4,8)四个组 对每个分组内的元素进行直接插入排序， 取 d2 = d1 / 2，再将原序列进行分组，然后再进行直接插入排序 重复 1,2,3，直到 di = 1，最终对原序列进行直接插入排序

时间复杂度

据说是数学难题，不好分析，最坏情况为O(n^2)

空间复杂度：仅使用了常数个辅助单元，空间复杂度为 O(1)

稳定性：相同元素可能被划分到不同子序列，相对位置可能发生变化，故为不稳定的排序算法

2.2 选择排序

在第 i 趟排序中，从后面的 n - i + 1 个待排序的元素中选取最小的元素作为第 i 个元素，直到第 n - 1 趟排序走完，只剩 1 个待排序的元素。注意，插入排序是将待排序的元素插入到前面已排序的序列中，选择排序是将后面子序列中选取最小(大)值放到最终位置

2.2.1 简单选择排序

思路：原序列为L [1… n] ，在第 i 次排序中，从 子序列 L [i .. n] 中选取最小值与 L [i] 进行交换

时间复杂度

具体查看代码实现方式，O(n^2)

空间复杂度：仅使用了常数个辅助单元，空间复杂度为 O(1)

稳定性：第 i 个元素与最小元素进行交换后，索引 i 后面与最小元素索引之间可能存在与第 i 个元素相等的元素，那么它们的相对位置发生了变化，所以是不稳定的排序

2.2.2 堆排序：这个比较复杂，后续再更新

思路：将原序列按照层次遍历的方式构成完全二叉树，然后构建大根堆，大根堆满足父节点的值大于等于子节点的值，输入根节点的值，然后再进行堆调整。若节点 i 为中间节点，则父节点索引为 (i – 1) / 2，左右子结点索引分别为 2 * i + 1 和 2 * i + 2 。

时间复杂度

构建大根堆时间为O(n)，之后有n-1次调整操作，每次调整时间复杂度为O(h)，故最好、最坏、平均情况下时间复杂度为O(nlogn)

空间复杂度：仅使用了常数个辅助单元，空间复杂度为 O(1)

稳定性：

2.3 交换排序

比较两个元素的关键值大小来交换它们的位置

2.3.1 冒泡排序

思路：序列从索引 0 开始，元素之间两两比较，若为逆序则进行交换，最终能得到最大的值，然后再从左到右，进行比较交换，得到第二大的值，上一轮得到的数字不必进行比较，此排序每次能得到一个最小(大)值。

时间复杂度

最好情况：序列已经满足有序，无需交换，复杂度为O(n) 最坏情况：序列逆序，为O(n^2) 平均情况：O(n^2)

空间复杂度：仅使用了常数个辅助单元，空间复杂度为 O(1)

稳定性：若算法中，i > j 且 L[i] = L[j] 不交换，则算法是稳定的，依算法具体规则定

2.3.2 快速排序

思路：基于分治思想，在原序列 L 中选择任意一个元素作为基准，经过一趟排序之后将原序列分为两个部分 L [1…k-1] 和 L [k+1…n]，其中 L [1…k-1] 内的元素值小于等于基准值，L [k+1…n] 内的元素值大于等于基准值，然后递归地对上述两个子序列进行上述操作，知道子序列中只含有一个元素值即可。

时间复杂度

最好情况：序列已经满足有序，无需交换，复杂度为O(n) 最坏情况：序列逆序，为O(n^2) 平均情况：O(n^2)

空间复杂度：仅使用了常数个辅助单元，空间复杂度为 O(1)

稳定性：若算法中，i > j 且 L[i] = L[j] 不交换，则算法是稳定的，依算法具体规则定

2.4 归并排序

思路：假设待排序表含有 n 个记录，则可以看做是 n 个有序的子表，每个子表长度为 1 ，然后两两合并，得到 n / 2 个长度为 1 或 2 的有序表;再两两合并，直到合并成一个长度为 n 的有序表，这种排序方法称为 2-路归并排序

时间复杂度

平均情况：每一趟归并的时间复杂度为O(n)，共进行 logn 趟归并，故算法的时间复杂度为 O(nlogn)

空间复杂度：合并的过程中，辅助空间要占用 n 个单元，故时间复杂度为 O(n)

稳定性：由于合并操作不会改变相同关键字记录的相对次序，所以2-路归并算法是稳定的排序方法

2.5 基数排序

思路：基数排序是一种很特殊的排序方法，他不是基于比较进行排序的，而是采用多关键字排序的思想，借助分配和收集两种操作对单逻辑关键字进行排序。基数排序又分为最高位优先(MSD)和最低位优先(LSD)排序

时间复杂度：O (nlog(r)m)，其中 r 为所采取的基数，而 m 为堆数

空间复杂度：

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