排序算法的复杂度

排序算法的时间复杂度计算~

你这个问题是自己想出来的吧？
第一，你指的时间复杂度是大O表示法的复杂度，也就是一个上界，但不是上确界，所以就算你以一种方式中断排序过程，时间复杂度还是O(N*logN)，假设排序过程还能执行的话。
第二，达到O(N*logN)的排序算法，以快速排序为例，快速排序不知道你看过没有，它不像选择排序或者冒泡排序那样，每一趟可以确定一直最大或者最小值，对于快速排序，每一趟排序后如果你删掉最后一个元素将导致整个算法失效。如果你要用这种删除元素方法的话，只能采用冒泡排序或者选择排序，时间复杂度是O(N^2)
所以，我猜想你是不是想做类似于在N个元素中寻找前K个最大者之类的事情（K=N-L）
如果是这样的话，有复杂度是O(N*logK)的算法，利用快速排序中的partition操作
经过partition后，pivot左边的序列sa都大于pivot右边的序列sb；
如果|sa|==K或者|sa|==K-1，则数组的前K个元素就是最大的前K个元素，算法终止;
如果|sa|<K-1，则从sb中寻找前K-|sa|-1大的元素;
如果|sa|>K，则从sa中寻找前K大的元素。
一次partition(arr,begin,end)操作的复杂度为end-begin，也就是O(N)，最坏情况下一次partition操作只找到第1大的那个元素，则需要进行K次partition操作，总的复杂度为O(N*K)。平均情况下每次partition都把序列均分两半，需要logK次partition操作，总的复杂度为O(N*logK)。
由于K的上界是N，所以以N表示的总复杂度还是O(N*logN)

常见的几种排序算法复杂度如下：
方式： 平均 最坏 最好
插入 n^2 n^2 n
希尔 n^1.3 / /
冒泡 n^2 n^2 n
快速 nlogn n^2 nlogn
选择 n^2 n^2 n^2
堆排 nlogn nlogn nlogn
归并 nlogn nlogn nlogn
基数 d(n+r) d(n+r) d(n+r)

其中最好、最坏、平均三项复杂度全是一样的就是与初始排序无关的排序方法，也就是：
选择排序、堆排、归并、基数

由于程序比较简单，所以没有加什么注释。所有的程序都给出了完整的运行代码，并在我的VC环境
下运行通过。因为没有涉及MFC和WINDOWS的内容，所以在BORLAND C++的平台上应该也不会有什么
问题的。在代码的后面给出了运行过程示意，希望对理解有帮助。 这是最原始，也是众所周知的最慢的算法了。他的名字的由来因为它的工作看来象是冒泡： #include<iostream>usingnamespacestd;voidBubbleSort(int*pData,intCount){intiTemp;for(inti=0;i<Count;i++){for(intj=Count-1;j>i;j--){if(pData[j]<pData[j-1]){iTemp=pData[j-1];pData[j-1]=pData[j];pData[j]=iTemp;}}}}voidmain(){intdata[7]={10,9,8,7,6,5,4};BubbleSort(data,7）;for(inti=0;i<7;i++){cout<<data[i]<<;}cout<<endl;system(PAUSE);}倒序（最糟情况)
第一轮：10，9，8，7->10，9，7，8->10，7，9，8->7，10，9，8（交换3次)
第二轮：7，10，9，8->7，10，8，9->7，8，10，9（交换2次)
第一轮：7，8，10，9->7，8，9，10（交换1次)
循环次数：6次
交换次数：6次
其他：
第一轮：8，10，7，9->8，10，7，9->8，7，10，9->7，8，10，9（交换2次)
第二轮：7，8，10，9->7，8，9，10->7，8，10，9（交换1次)
（这是原撰写人的--7，8，10，9->7，8，10，9->7，8，10，9（交换0次)，第二轮应该是这样的）
第三轮：7，8，9，10->7，8，9，10（交换1次)
循环次数：6次
交换次数：3次
上面我们给出了程序段，现在我们分析它：这里，影响我们算法性能的主要部分是循环和交换，
显然，次数越多，性能就越差。从上面的程序我们可以看出循环的次数是固定的，为1+2+...+n-1。
写成公式就是1/2*(n-1）*n。
现在注意，我们给出O方法的定义：
若存在一常量K和起点n0，使当n>=n0时，有f(n)<=K*g(n)，则f(n) = O(g(n))。（呵呵，不要说没学好数学呀，对于编程数学是非常重要的！！！）
现在我们来看1/2*(n-1）*n，当K=1/2，n0=1，g(n)=n*n时，1/2*(n-1）*n<=1/2*n*n=K*g(n)。所以f(n)
=O(g(n))=O(n*n)。所以我们程序循环的复杂度为O(n*n)。
再看交换。从程序后面所跟的表可以看到，两种情况的循环相同，交换不同。其实交换本身同数据源的
有序程度有极大的关系，当数据处于倒序的情况时，交换次数同循环一样（每次循环判断都会交换），
复杂度为O(n*n)。当数据为正序，将不会有交换。复杂度为O(0)。乱序时处于中间状态。正是由于这样的
原因，我们通常都是通过循环次数来对比算法。 交换法的程序最清晰简单，每次用当前的元素一一的同其后的元素比较并交换。 #include<iostream.h>voidExchangeSort(int*pData，intCount){intiTemp;for(inti=0;i<Count-1;i++){//共（count-1）轮，每轮得到一个最小值for(intj=i+1;j<Count;j++){//每次从剩下的数字中寻找最小值，于当前最小值相比，如果小则交换if(pData[j]<pData[i]){iTemp=pData[i];pData[i]=pData[j];pData[j]=iTemp;}}}}voidmain(){intdata[]={10,9,8,7,6,5,4};ExchangeSort(data,sizeof(data)/sizeof(int));for(inti=0;i<sizeof(data)/sizeof(int);i++){cout<<data[i]<<;}cout<<endl;system(PAUSE);}第一轮： 9，10，8，7->8，10，9，7->7，10，9，8（交换3次)
第二轮：7，10，9，8->7，9，10，8->7，8，10，9（交换2次)
第一轮：7，8，10，9->7，8，9，10（交换1次)
循环次数：6次
交换次数：6次
其他：
第一轮：8，10，7，9->8，10，7，9->7，10，8，9->7，10，8，9（交换1次)
第二轮：7，10，8，9->7，8，10，9->7，8，10，9（交换1次)
第一轮：7，8，10，9->7，8，9，10（交换1次)
循环次数：6次
交换次数：3次
从运行的表格来看，交换几乎和冒泡一样糟。事实确实如此。循环次数和冒泡一样
也是1/2*(n-1）*n，所以算法的复杂度仍然是O(n*n)。由于我们无法给出所有的情况，所以
只能直接告诉大家他们在交换上面也是一样的糟糕（在某些情况下稍好，在某些情况下稍差）。 现在我们终于可以看到一点希望：选择法，这种方法提高了一点性能（某些情况下）
这种方法类似我们人为的排序习惯：从数据中选择最小的同第一个值交换，在从剩下的部分中
选择最小的与第二个交换，这样往复下去。 #include<iostream.h>voidSelectSort(int*pData，intCount){intiTemp;intiPos;for(inti=0;i<Count-1;i++){iTemp=pData[i];iPos=i;for(intj=i+1;j<Count;j++){if(pData[j]<iTemp){iTemp=pData[j];iPos=j;}}pData[iPos]=pData[i];pData[i]=iTemp;}}voidmain(){intdata[]={10，9，8，7，6，5，4};SelectSort(data，7）;for(inti=0;i<7;i++)cout<<data[i]<<;cout<<
;}倒序（最糟情况)
第一轮：10，9，8，7->(iTemp=9）10，9，8，7->(iTemp=8）10，9，8，7->(iTemp=7）7，9，8，10（交换1次)
第二轮：7，9，8，10->7，9，8，10(iTemp=8）->(iTemp=8）7，8，9，10（交换1次)
第一轮：7，8，9，10->(iTemp=9）7，8，9，10（交换0次)
循环次数：6次
交换次数：2次
其他：
第一轮：8，10，7，9->(iTemp=8）8，10，7，9->(iTemp=7）8，10，7，9->(iTemp=7）7，10，8，9（交换1次)
第二轮：7，10，8，9->(iTemp=8）7，10，8，9->(iTemp=8）7，8，10，9（交换1次)
第一轮：7，8，10，9->(iTemp=9）7，8，9，10（交换1次)
循环次数：6次
交换次数：3次
遗憾的是算法需要的循环次数依然是1/2*(n-1）*n。所以算法复杂度为O(n*n)。
我们来看他的交换。由于每次外层循环只产生一次交换（只有一个最小值）。所以f(n)<=n
所以我们有f(n)=O(n)。所以，在数据较乱的时候，可以减少一定的交换次数。 插入法较为复杂，它的基本工作原理是抽出牌，在前面的牌中寻找相应的位置插入，然后继续下一张 #include<iostream.h>voidInsertSort(int*pData，intCount){intiTemp;intiPos;for(inti=1;i<Count;i++){iTemp=pData[i];//保存要插入的数iPos=i-1;//被插入的数组数字个数while((iPos>=0)&&(iTemp<pData[iPos])){//从最后一个（最大数字）开始对比，大于它的数字往后移位pData[iPos+1]=pData[iPos];iPos--;}pData[iPos+1]=iTemp;//插入数字的位置}}voidmain(){intdata[]={10，9，8，7，6，5，4};InsertSort(data，7);for(inti=0;i<7;i++)cout<<data<<;cout<<
;}其他：
第一轮：8，10，7，9->8，10，7，9(交换0次)(循环1次)
第二轮：9，10，8，7->8，9，10，7（交换1次)（循环2次)
第一轮：8，9，10，7->7，8，9，10（交换1次)（循环3次)
循环次数：6次
交换次数：3次
其他：
第一轮：8，10，7，9->8，10，7，9（交换0次)（循环1次)
第二轮：8，10，7，9->7，8，10，9（交换1次)（循环2次)
第一轮：7，8，10，9->7，8，9，10（交换1次)（循环1次)
循环次数：4次
交换次数：2次
上面结尾的行为分析事实上造成了一种假象，让我们认为这种算法是简单算法中最好的，其实不是，
因为其循环次数虽然并不固定，我们仍可以使用O方法。从上面的结果可以看出，循环的次数f(n)<=
1/2*n*(n-1）<=1/2*n*n。所以其复杂度仍为O(n*n)（这里说明一下，其实如果不是为了展示这些简单
排序的不同，交换次数仍然可以这样推导）。现在看交换，从外观上看，交换次数是O(n)（推导类似
选择法），但我们每次要进行与内层循环相同次数的‘=’操作。正常的一次交换我们需要三次‘=’
而这里显然多了一些，所以我们浪费了时间。
最终，我个人认为，在简单排序算法中，选择法是最好的。 高级排序算法中我们将只介绍这一种，同时也是目前我所知道（我看过的资料中）的最快的。
它的工作看起来仍然象一个二叉树。首先我们选择一个中间值middle程序中我们使用数组中间值，然后
把比它小的放在左边，大的放在右边（具体的实现是从两边找，找到一对后交换）。然后对两边分别使
用这个过程（最容易的方法——递归）。
1.快速排序：//这段代码编译可以通过，一运行就出错，内部的细节有些问题，我还没找到解决方法。 #include<iostream.h>voidrun(int*pData，intleft，intright){inti，j;intmiddle，iTemp;i=left;j=right;middle=pData[left];do{while((pData[i]<middle)&&(i<right))//从左扫描大于中值的数i++；while((pData[j]>middle)&&(j>left))//从右扫描大于中值的数j--;if(i<=j)//找到了一对值{//交换iTemp=pData[i];pData[i]=pData[j];pData[j]=iTemp;i++;j--;}}while(i<=j);//如果两边扫描的下标交错，就停止（完成一次）//当左边部分有值（left<j)，递归左半边if(left<j)run(pData，left，j);//当右边部分有值（right>i)，递归右半边if(right>i)run(pData，i，right);}voidQuickSort(int*pData，intCount){run(pData，0，Count-1）;}voidmain(){intdata[]={10，9，8，7，6，5，4};QuickSort(data，7）;for(inti=0;i<7;i++)cout<<data[i]<<;//原作者此处代码有误，输出因为date[i],date数组名输出的是地址cout<<
;}这里我没有给出行为的分析，因为这个很简单，我们直接来分析算法：首先我们考虑最理想的情况
1.数组的大小是2的幂，这样分下去始终可以被2整除。假设为2的k次方，即k=log2(n)。
2.每次我们选择的值刚好是中间值，这样，数组才可以被等分。
第一层递归，循环n次，第二层循环2*(n/2）......
所以共有n+2(n/2）+4(n/4）+...+n*(n/n) = n+n+n+...+n=k*n=log2(n)*n
所以算法复杂度为O(log2(n)*n)
其他的情况只会比这种情况差，最差的情况是每次选择到的middle都是最小值或最大值，那么他将变
成交换法（由于使用了递归，情况更糟）。但是你认为这种情况发生的几率有多大？？呵呵，你完全
不必担心这个问题。实践证明，大多数的情况，快速排序总是最好的。
如果你担心这个问题，你可以使用堆排序，这是一种不稳定的O(log2(n)*n)算法，但是通常情况下速度要慢
于快速排序（因为要重组堆）。 双向冒泡
通常的冒泡是单向的，而这里是双向的，也就是说还要进行反向的工作。 #include<iostream.h>inlinevoidexchange(int*a,int*b){inttemp;temp=*a;*a=*b;*b=temp;}voidbubblesort(int*array,intnum){inti,j,k,flag=0;for(i=0;i<num;i++){printf(%d,array[i]);}printf(
);for(i=0;i<num;i++){//所有数的个数为num个flag=0;for(j=i;j<num-i-1;j++){//每循环一次最底端的数的顺序都会排好，所以初始时j=i;if(array[j]>array[j+1]){exchange(&array[j],&array[j+1]);flag=1;}}for(k=num-1-i-1;k>i;k--){//每循环一次最顶端的数据的顺序也会排好，所以初始时k=num-i-2if(array[k]<array[k-1]){exchange(&array[k],&array[k-1]);flag=1;}}if(flag==0){//如果flag未发生改变则说明未发生数据交换，则排序完成return;}}}voidmain(){intdata[]={10，9，8，7，6，5，4，3，2，1，-10，-1};bubblesort(data，12）;for(inti=0;i<12;i++)cout<<data<<;cout<<
;} 这个程序我想就没有分析的必要了，大家看一下就可以了。不明白可以在论坛上问。
MyData.h文件
///////////////////////////////////////////////////////
class CMyData
{
public:
CMyData(int Index，char* strData);
CMyData();
virtual ~CMyData();
int m_iIndex;
int GetDataSize(){ return m_iDataSize; };
const char* GetData(){ return m_strDatamember; };
//这里重载了操作符：
CMyData& operator =(CMyData &SrcData);
bool operator <(CMyData& data );
bool operator >(CMyData& data );
private:
char* m_strDatamember;
int m_iDataSize;
};
////////////////////////////////////////////////////////
MyData.cpp文件
////////////////////////////////////////////////////////
CMyData::CMyData():
m_iIndex(0)，
m_iDataSize(0)，
m_strDatamember(NULL)
{
}
CMyData::~CMyData()
{
if(m_strDatamember != NULL)
delete[] m_strDatamember;
m_strDatamember = NULL;
}
CMyData::CMyData(int Index，char* strData):
m_iIndex(Index)，
m_iDataSize(0)，
m_strDatamember(NULL)
{
m_iDataSize = strlen(strData);
m_strDatamember = new char[m_iDataSize+1];
strcpy(m_strDatamember，strData);
}
CMyData& CMyData::operator =(CMyData &SrcData)
{
m_iIndex = SrcData.m_iIndex;
m_iDataSize = SrcData.GetDataSize();
m_strDatamember = new char[m_iDataSize+1];
strcpy(m_strDatamember，SrcData.GetData());
return *this;
}
bool CMyData::operator <(CMyData& data )
{
return m_iIndex<data.m_iIndex;
}
bool CMyData::operator >(CMyData& data )
{
return m_iIndex>data.m_iIndex;
}
///////////////////////////////////////////////////////////
//////////////////////////////////////////////////////////
//主程序部分
#include <iostream.h>
#include MyData.h
template <class T>
void run(T* pData，int left，int right)
{
int i，j;
T middle，iTemp;
i = left;
j = right;
//下面的比较都调用我们重载的操作符函数
middle = pData[(left+right)/2]; //求中间值
do{
while((pData<middle) && (i<right))//从左扫描大于中值的数
i++；
while((pData[j]>middle) && (j>left))//从右扫描大于中值的数
j--;
if(i<=j)//找到了一对值
{
//交换
iTemp = pData;
pData = pData[j];
pData[j] = iTemp;
i++;
j--;
}
}while(i<=j);//如果两边扫描的下标交错，就停止（完成一次）
//当左边部分有值（left<j)，递归左半边
if(left<j)
run(pData，left，j);
//当右边部分有值（right>i)，递归右半边
if(right>i)
run(pData，i，right);
}
template <class T>
void QuickSort(T* pData，int Count)
{
run(pData，0，Count-1）;
}
void main()
{
CMyData data[] = {
CMyData（8，xulion)，
CMyData（7，sanzoo)，
CMyData（6，wangjun)，
CMyData（5，VCKBASE)，
CMyData（4，jacky2000)，
CMyData（3，cwally)，
CMyData（2，VCUSER)，
CMyData（1，isdong)
};
QuickSort(data，8）;
for (int i=0;i<8;i++)
cout<<data.m_iIndex<< <<data.GetData()<<
;
cout<<
;

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闻喜县19793305941： 冒泡排序时间复杂度冒泡排序最好的时间复杂度为 - ________,平均时间复杂度为 - _______ -- ？
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闻喜县19793305941： 快速排序方法的时间复杂度为O(n^2)=n(n - 1)/2中O()是什么意思? - ？
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周钩吲哚： 冒泡排序的算法时间复杂度上O(n^2 )冒泡排序是这样实现的:首先将所有待排序的数字放入工作列表中.从列表的第一个数字到倒数第二个数字,逐个检查:若某一位上的数字大于他的下一位,则将它与它的下一位交换.重复2号步骤,直至再也不能交换.冒泡排序的平均时间复杂度与插入排序相同,也是平方级的,但也是非常容易实现的算法.选择排序选择排序是这样实现的:设数组内存放了n个待排数字,数组下标从1开始,到n结束.i=1从数组的第i个元素开始到第n个元素,寻找最小的元素.将上一步找到的最小元素和第i位元素交换.如果i=n-1算法结束,否则回到第3步选择排序的平均时间复杂度也是O(n^2)的.