選擇排序(Selection sort)是一種簡單直觀的排序算法。它的工作原理是每一次從待排序的數據元素中選出最?。ɑ蜃畲螅┑囊粋€元素,存放在序列的起始位置,直到全部待排序的數據元素排完。 選擇排序是不穩定的排序方法(比如序列[5, 5, 3]第一次就將第一個[5]與[3]交換,導致第一個5挪動到第二個5后面)。
基本選擇排序
n個記錄的文件的直接選擇排序可經過n-1趟直接選擇排序得到有序結果:
①初始狀態:無序區為R[1..n],有序區為空。
②第1趟排序
在無序區R[1..n]中選出關鍵字最小的記錄R[k],將它與無序區的第1個記錄R[1]交換,使R[1..1]和R[2..n]分別變為記錄個數增加1個的新有序區和記錄個數減少1個的新無序區。
……
③第i趟排序
第i趟排序開始時,當前有序區和無序區分別為R[1..i-1]和R(i..n)。該趟排序從當前無序區中選出關鍵字最小的記錄 R[k],將它與無序區的第1個記錄R交換,使R[1..i]和R分別變為記錄個數增加1個的新有序區和記錄個數減少1個的新無序區。
堆排序
堆排序利用了大根堆(或小根堆)堆頂記錄的關鍵字最大(或最?。┻@一特征,使得在當前無序區中選取最大(或最?。╆P鍵字的記錄變得簡單。
(1)用大根堆排序的基本思想
① 先將初始文件R[1..n]建成一個大根堆,此堆為初始的無序區
② 再將關鍵字最大的記錄R[1](即堆頂)和無序區的最后一個記錄R[n]交換,由此得到新的無序區R[1..n-1]和有序區R[n],且滿足R[1..n-1].keys≤R[n].key
③由于交換后新的根R[1]可能違反堆性質,故應將當前無序區R[1..n-1]調整為堆。然后再次將R[1..n-1]中關鍵字最大的記錄R[1]和該區間的最后一個記錄R[n-1]交換,由此得到新的無序區R[1..n-2]和有序區R[n-1..n],且仍滿足關系R[1..n-2].keys≤R[n-1..n].keys,同樣要將R[1..n-2]調整為堆。
……
直到無序區只有一個元素為止。
(2)大根堆排序算法的基本操作:
①建堆,建堆是不斷調整堆的過程,從len/2處開始調整,一直到第一個節點,此處len是堆中元素的個數。建堆的過程是線性的過程,從len/2到0處一直調用調整堆的過程,相當于o(h1)+o(h2)…+o(hlen/2) 其中h表示節點的深度,len/2表示節點的個數,這是一個求和的過程,結果是線性的O(n)。
②調整堆:調整堆在構建堆的過程中會用到,而且在堆排序過程中也會用到。利用的思想是比較節點i和它的孩子節點left(i),right(i),選出三者最大(或者最小)者,如果最大(?。┲挡皇枪濣ci而是它的一個孩子節點,那邊交互節點i和該節點,然后再調用調整堆過程,這是一個遞歸的過程。調整堆的過程時間復雜度與堆的深度有關系,是lgn的操作,因為是沿著深度方向進行調整的。
③堆排序:堆排序是利用上面的兩個過程來進行的。首先是根據元素構建堆。然后將堆的根節點取出(一般是與最后一個節點進行交換),將前面len-1個節點繼續進行堆調整的過程,然后再將根節點取出,這樣一直到所有節點都取出。堆排序過程的時間復雜度是O(nlgn)。因為建堆的時間復雜度是O(n)(調用一次);調整堆的時間復雜度是lgn,調用了n-1次,所以堆排序的時間復雜度是O(nlgn)[2]
注意
①只需做n-1趟排序,選出較大的n-1個關鍵字即可以使得文件遞增有序。
②用小根堆排序與利用大根堆類似,只不過其排序結果是遞減有序的。堆排序和直接選擇排序相反:在任何時刻堆排序中無序區總是在有序區之前,且有序區是在原向量的尾部由后往前逐步擴大至整個向量為止
特點
堆排序(HeapSort)是一樹形選擇排序。堆排序的特點是:在排序過程中,將R[l..n]看成是一棵完全二叉樹的順序存儲結構,利用完全二叉樹中雙親結點和孩子結點之間的內在關系(參見二叉樹的順序存儲結構),在當前無序區中選擇關鍵字最大(或最小)的記錄