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    邱天的henry的博客:第六章 数据结构与算法(排序算法的简介)

    作者:[db:作者] 时间:2021-07-05 22:07

    6.1排序算法的介绍
    排序也称排序算法(Sort Algorithm),排序是将一组数据,按照指定的顺序进行排列的过程。

    6.2排序的分类
    (1)内部排序:
    指将需要处理的所有数据都加载到内部存储器(内存)中进行排序。
    (2)外部排序法:
    数据量过大,无法全部加载到内存中,需要借助外部存储(文件等)进行排序。
    (3)常见的排序算法分类(如图)
    在这里插入图片描述
    6.3算法的时间复杂度
    6.3.1度量一个程序(算法)执行时间的两种方法
    (1)事后统计的方法
    这种方法可行, 但是有两个问题:一是要想对设计的算法的运行性能进行评测,需要实际运行该程序;二是所得时间的统计量依赖于计算机的硬件、软件等环境因素, 这种方式,要在同一台计算机的相同状态下运行,才能比较那个算法速度更快。
    (2)事前估算的方法
    通过分析某个算法的时间复杂度来判断哪个算法更优.

    6.3.2时间频度
    @基本介绍
    时间频度:一个算法花费的时间与算法中语句的执行次数成正比例,哪个算法中语句执行次数多,它花费时间就多。一个算法中的语句执行次数称为语句频度或时间频度。记为 T(n)。

    @举例–基本案例
    在这里插入图片描述
    @举例–忽略常数项
    在这里插入图片描述
    结论:
    (1)2n+20 和 2n 随着 n 变大,执行曲线无限接近, 20 可以忽略
    (2)3n+10 和 3n 随着 n 变大,执行曲线无限接近, 10 可以忽略

    @举例–忽略低次项
    ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210323153721412.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MDg3NDg3,size_16,color_FFFFFF,t_70
    @举例–忽略系数
    在这里插入图片描述

    6.3.3时间复杂度
    (1) 一般情况下,算法中的基本操作语句的重复执行次数是问题规模 n 的某个函数,用 T(n)表示,若有某个辅助函数 f(n),使得当 n 趋近于无穷大时,T(n) / f(n) 的极限值为不等于零的常数,则称 f(n)是 T(n)的同数量级函数。记作 T(n)=O( f(n) ),称O( f(n) ) 为算法的渐进时间复杂度,简称时间复杂度。
    (2)T(n) 不同,但时间复杂度可能相同。 如:T(n)=n2+7n+6 与 T(n)=3n2+2n+2 它们的 T(n) 不同,但时间复杂度相同,都为 O(n2)。
    (3)计算时间复杂度的方法:

    • 用常数 1 代替运行时间中的所有加法常数 T(n)=n2+7n+6 => T(n)=n2+7n+1
    • 修改后的运行次数函数中,只保留最高阶项 T(n)=n2+7n+1 => T(n) = n2
    • 去除最高阶项的系数 T(n) = n2 => T(n) = n2 => O(n2)

    6.3.4 常见的时间复杂度
    (1)常数阶 O(1)
    (2)对数阶 O(log2n)
    (3)线性阶 O(n)
    (4)线性对数阶 O(nlog2n)
    (5)平方阶 O(n^2)
    (6)立方阶 O(n^3)
    (7)k 次方阶 O(n^k)
    (8)指数阶 O(2^n)

    常见的时间复杂度对应图
    在这里插入图片描述
    说明:
    (1)常见的算法时间复杂度由小到大依次为:Ο(1)<Ο(log2n)<Ο(n)<Ο(nlog2n)<Ο(n2)<Ο(n3)< Ο(nk) <Ο(2n) ,随着问题规模 n 的不断增大,上述时间复杂度不断增大,算法的执行效率越低
    (2)从图中可见,我们应该尽可能避免使用指数阶的算法

    1.常数阶O(1)
    在这里插入图片描述
    2.对数阶O(log2n)
    在这里插入图片描述
    3.线性阶O(n)
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    4.线性对数阶O(nlogN)
    在这里插入图片描述
    5.平方阶O(n2)
    在这里插入图片描述
    6. 立方阶 O(n3)、K 次方阶 O(n^k)
    说明:参考上面的 O(n2) 去理解就好了,O(n3)相当于三层 n 循环,其它的类似

    6.3.5平均时间复杂度和最坏时间复杂度
    (1)平均时间复杂度是指所有可能的输入实例均以等概率出现的情况下,该算法的运行时间。
    (2)最坏情况下的时间复杂度称最坏时间复杂度。一般讨论的时间复杂度均是最坏情况下的时间复杂度。这样做的原因是:最坏情况下的时间复杂度是算法在任何输入实例上运行时间的界限,这就保证了算法的运行时间不会比最坏情况更长。
    (3)平均时间复杂度和最坏时间复杂度是否一致,和算法有关(如图:)。
    在这里插入图片描述
    6.4算法的空间复杂度简介
    6.4.1基本介绍
    (1)类似于时间复杂度的讨论,一个算法的空间复杂度(SpaceComplexity)定义为该算法所耗费的存储空间,它也是问题规模 n 的函数。
    (2)空间复杂度(Space Complexity)是对一个算法在运行过程中临时占用存储空间大小的量度。有的算法需要占用的临时工作单元数与解决问题的规模 n 有关,它随着 n 的增大而增大,当 n 较大时,将占用较多的存储单元,例如快速排序和归并排序算法, 基数排序就属于这种情况
    (3) 在做算法分析时,主要讨论的是时间复杂度。从用户使用体验上看,更看重的程序执行的速度。一些缓存产品(redis, memcache)和算法(基数排序)本质就是用空间换时间.

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