數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第十章內(nèi)部排序課件

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第十章內(nèi)部排序ppt課件CATALOGUE目錄引言內(nèi)部排序概述插入排序選擇排序冒泡排序快速排序歸并排序希爾排序01引言內(nèi)部排序在數(shù)據(jù)處理中，將一組無(wú)序數(shù)據(jù)元素按照某種特定順序（如升序或降序）排列的過(guò)程。內(nèi)部排序的分類按照排序過(guò)程中數(shù)據(jù)元素的比較和交換方式，可以分為比較排序和計(jì)數(shù)排序。比較排序包括冒泡排序、選擇排序、插入排序、希爾排序、快速排序、歸并排序等；計(jì)數(shù)排序適用于非負(fù)整數(shù)且數(shù)據(jù)量較小的情況。主題簡(jiǎn)介掌握內(nèi)部排序的基本概念和分類。理解各種內(nèi)部排序算法的基本思想和工作原理。能夠根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的內(nèi)部排序算法，并實(shí)現(xiàn)其基本操作。了解內(nèi)部排序算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，以及其優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)景。01020304學(xué)習(xí)目標(biāo)02內(nèi)部排序概述將一組數(shù)據(jù)按照一定的順序排列，以便更好地滿足某種需求。排序的定義內(nèi)部排序和外部排序，內(nèi)部排序是指數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中進(jìn)行的排序，而外部排序是指數(shù)據(jù)量太大，無(wú)法一次性裝入內(nèi)存，需要借助外部存儲(chǔ)器（如磁盤(pán)、磁帶等）進(jìn)行的排序。排序的分類排序的定義和分類由于數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)在內(nèi)存中，因此內(nèi)部排序的速度較快，時(shí)間復(fù)雜度相對(duì)較低。優(yōu)點(diǎn)當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時(shí)，需要使用更多的內(nèi)存空間，因此空間復(fù)雜度較高。同時(shí)，內(nèi)部排序算法的穩(wěn)定性一般不如外部排序算法。缺點(diǎn)內(nèi)部排序的優(yōu)缺點(diǎn)03插入排序

插入排序的基本思想插入排序的基本思想是通過(guò)構(gòu)建有序序列，對(duì)于未排序數(shù)據(jù)，在已排序序列中從后向前掃描，找到相應(yīng)位置并插入。在最壞情況下，插入排序需要比較n*(n-1)/2次，移動(dòng)n*(n-1)/2次，所以時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)。插入排序在數(shù)據(jù)量小的時(shí)候有較好的性能表現(xiàn)，但在大數(shù)據(jù)量下效率較低。插入排序的算法實(shí)現(xiàn)可以分為以下步驟初始化已排序序列為空。從第一個(gè)元素開(kāi)始，將該元素插入到已排序序列的合適位置。重復(fù)第二步，直到所有元素都插入到已排序序列中。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以使用雙指針?lè)?，一個(gè)指針用于遍歷未排序序列，另一個(gè)指針用于記錄已排序序列的最后一個(gè)元素的位置。插入排序的算法實(shí)現(xiàn)插入排序的時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)，其中n為數(shù)據(jù)量的大小。在最壞情況下，需要比較n*(n-1)/2次，移動(dòng)n*(n-1)/2次。雖然可以通過(guò)二分查找法減少比較次數(shù)，但無(wú)法改變其時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)的事實(shí)。插入排序的時(shí)間復(fù)雜度分析04選擇排序選擇排序的基本思想是每一次從未排序的元素中選取最?。ɑ蜃畲螅┑囊粋€(gè)元素，存放在已排序序列的末尾，直到全部待排序的數(shù)據(jù)元素排完。選擇排序是不穩(wěn)定的排序方法。選擇排序的基本思想1.從未排序的元素中找出最?。ɑ蜃畲螅┑囊粋€(gè)元素，存放到排序序列的起始位置。2.再?gòu)氖Ｓ辔磁判虻脑刂欣^續(xù)尋找最小（或最大）元素，然后放到已排序序列的末尾。3.以此類推，直到所有元素均排序完畢。選擇排序的算法實(shí)現(xiàn)0102選擇排序的時(shí)間復(fù)雜度分析這是因?yàn)檫x擇排序需要多次遍歷待排序的元素，并在每次遍歷中執(zhí)行比較和交換操作，這些操作都需要線性時(shí)間復(fù)雜度。選擇排序的時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)，其中n為待排序元素的個(gè)數(shù)。05冒泡排序冒泡排序是一種簡(jiǎn)單的排序算法，它重復(fù)地遍歷待排序的數(shù)列，一次比較兩個(gè)元素，如果他們的順序錯(cuò)誤就把他們交換過(guò)來(lái)。遍歷數(shù)列的工作是重復(fù)地進(jìn)行直到?jīng)]有再需要交換，也就是說(shuō)該數(shù)列已經(jīng)排序完成。冒泡排序的基本思想是通過(guò)相鄰元素之間的比較和交換，使得每一趟循環(huán)都能將當(dāng)前未排序的最大（或最?。┰?浮"到數(shù)列的一端，從而完成排序。冒泡排序的基本思想冒泡排序的算法實(shí)現(xiàn)通常使用兩層循環(huán)，外層循環(huán)控制排序的輪數(shù)，內(nèi)層循環(huán)控制每輪比較和交換的過(guò)程。在內(nèi)層循環(huán)中，通過(guò)相鄰元素之間的比較和交換，將當(dāng)前未排序的最大（或最?。┰?浮"到數(shù)列的一端。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以使用一個(gè)布爾類型的變量來(lái)記錄是否有元素交換，以便在每一輪循環(huán)結(jié)束后提前結(jié)束算法。冒泡排序的算法實(shí)現(xiàn)冒泡排序的時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)，其中n為待排序元素的個(gè)數(shù)。這是因?yàn)槊芭菖判蛐枰M(jìn)行n輪循環(huán)，每一輪循環(huán)中需要進(jìn)行n次比較和交換操作。在最壞情況下，即待排序元素完全逆序時(shí)，每一輪循環(huán)都需要進(jìn)行n次交換操作，因此總的時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)。冒泡排序的時(shí)間復(fù)雜度分析06快速排序快速排序的基本思想是采用分治策略，將問(wèn)題分解為若干個(gè)子問(wèn)題，然后遞歸地解決子問(wèn)題，最后將子問(wèn)題的解合并為原問(wèn)題的解?？焖倥判蚴且环N分治算法，它將一個(gè)無(wú)序數(shù)組分成兩個(gè)子數(shù)組，然后遞歸地對(duì)子數(shù)組進(jìn)行排序?？焖倥判虻幕舅枷胧沁x擇一個(gè)元素作為基準(zhǔn)，然后將數(shù)組中的其他元素與基準(zhǔn)進(jìn)行比較，將小于基準(zhǔn)的元素放在基準(zhǔn)的左邊，將大于基準(zhǔn)的元素放在基準(zhǔn)的右邊?？焖倥判虻幕舅枷肟焖倥判虻乃惴▽?shí)現(xiàn)主要包括選擇基準(zhǔn)、分區(qū)和遞歸排序三個(gè)步驟。分區(qū)是將數(shù)組分為兩個(gè)子數(shù)組的過(guò)程，分區(qū)完成后，左邊的子數(shù)組中的所有元素都小于基準(zhǔn)，右邊的子數(shù)組中的所有元素都大于基準(zhǔn)。選擇基準(zhǔn)是快速排序中最關(guān)鍵的一步，常用的選擇基準(zhǔn)的方法有隨機(jī)選擇、中位數(shù)選擇等。遞歸排序是對(duì)左右兩個(gè)子數(shù)組進(jìn)行排序的過(guò)程，遞歸排序可以采用快速排序或其他排序算法?？焖倥判虻乃惴▽?shí)現(xiàn)快速排序的時(shí)間復(fù)雜度分析01快速排序的時(shí)間復(fù)雜度取決于基準(zhǔn)的選擇和分區(qū)的過(guò)程。02在最好情況下，即每次選擇基準(zhǔn)都能將數(shù)組等分，快速排序的時(shí)間復(fù)雜度為O(nlogn)。03在最壞情況下，即每次選擇基準(zhǔn)都將數(shù)組分成一個(gè)元素和剩余元素的兩個(gè)子數(shù)組，快速排序的時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)。04在平均情況下，快速排序的時(shí)間復(fù)雜度為O(nlogn)。07歸并排序歸并排序的基本思想歸并排序是一種分治策略的排序算法，它將待排序序列分成若干個(gè)子序列，對(duì)子序列進(jìn)行排序，然后通過(guò)合并已排序的子序列得到最終的排序結(jié)果?；舅枷胧菍蓚€(gè)或兩個(gè)以上的有序表合并成一個(gè)新的有序表。將待排序序列分成若干個(gè)子序列，每個(gè)子序列包含的元素個(gè)數(shù)不超過(guò)$log_2N$。分解解決合并對(duì)每個(gè)子序列進(jìn)行排序，可以使用遞歸調(diào)用歸并排序算法。將已排序的子序列合并成一個(gè)新的有序表。030201歸并排序的算法實(shí)現(xiàn)歸并排序在最壞情況下的時(shí)間復(fù)雜度為$O(nlog_2n)$，即當(dāng)輸入序列已經(jīng)有序時(shí)。歸并排序在最好情況下的時(shí)間復(fù)雜度為$O(nlog_2n)$，即當(dāng)輸入序列已經(jīng)逆序時(shí)。歸并排序的時(shí)間復(fù)雜度為$O(nlog_2n)$，其中$n$是待排序序列的長(zhǎng)度。歸并排序的時(shí)間復(fù)雜度分析08希爾排序希爾排序是插入排序的一種更高效的改進(jìn)版本，也稱為縮小增量排序。它通過(guò)比較相距一定間隔的元素，使得數(shù)據(jù)項(xiàng)移動(dòng)的距離減小，從而減少比較次數(shù)和交換次數(shù)?；舅枷胧菍⒋判虻臄?shù)組元素按某個(gè)增量分成若干個(gè)子序列，對(duì)每個(gè)子序列進(jìn)行插入排序，隨著增量逐漸減少，每個(gè)子序列包含的關(guān)鍵詞越來(lái)越多。當(dāng)增量減至1時(shí)，整個(gè)文件恰被分成一個(gè)有序的序列。希爾排序的基本思想算法步驟1.選擇一個(gè)增量序列t1，t2，…，tk，其中ti>tj，tk=1。2.按增量序列個(gè)數(shù)k，對(duì)序列進(jìn)行k趟排序。3.每趟排序，根據(jù)對(duì)應(yīng)的增量ti，將待排序列分割成若干長(zhǎng)度為m的子序列，分別對(duì)各子表進(jìn)行直接插入排序。僅增量因子為1時(shí)，整個(gè)序列作為一個(gè)表來(lái)處理，表長(zhǎng)度即為整個(gè)序列的長(zhǎng)度。希爾排序