数据结构学习(C++)续——排序【4】选择排序

类别:VC语言 点击:0 评论:0 推荐:
【4】选择排序

基本思想是:每次选出第i小的记录,放在第i个位置(i的起点是0,按此说法,第0小的记录实际上就是最小的,有点别扭,不管这么多了)。当i=N-1时就排完了。

直接选择排序

直选排序简单的再现了选择排序的基本思想,第一次寻找最小元素的代价是O(n),如果不做某种特殊处理,每次都使用最简单的寻找方法,自然的整个排序的时间复杂度就是O(n2)了。

template <class T>

void SelectSort(T a[], int N, int& KCN, int& RMN)

{

       KCN = 0; RMN = 0;

       for (int i = 0; i < N; i++)

       {

              for (int j = i + 1, k = i; j < N; j++) if (++KCN && a[j] < a[k]) k = j;//select min

              if (k != i) { swap(a[k], a[i]); RMN += 3; }

       }

}

测试结果:

Sort ascending  N=10000 TimeSpared: 721ms

KCN=49995000   KCN/N=4999.5     KCN/N^2=0.49995    KCN/NlogN=376.25

RMN=0          RMN/N=0          RMN/N^2=0          RMN/NlogN=0

Sort randomness N=10000 TimeSpared: 711ms

KCN=49995000   KCN/N=4999.5     KCN/N^2=0.49995    KCN/NlogN=376.25

RMN=29955      RMN/N=2.9955     RMN/N^2=0.00029955 RMN/NlogN=0.225434

Sort descending N=10000 TimeSpared: 711ms

KCN=49995000   KCN/N=4999.5     KCN/N^2=0.49995    KCN/NlogN=376.25

RMN=15000      RMN/N=1.5        RMN/N^2=0.00015    RMN/NlogN=0.112886

可以看到KCN固定为n(n-1)/2。另外一件有趣的事是,RMN=0的正序花的时间居然比RMN接近3(n-1)的乱序还多。一是说明测试精度不够,在我的机器上多次测试结果上下浮动10ms是常有的事;二是说明和KCN的n(n-1)/2相比,RMN的3(n-1)有些微不足道。

锦标排序

从直选排序看来,算法的瓶颈在于KCN,而实际上,对于后续的寻找最小值来说,时间复杂度可以降到O(logn)。最为直接的做法是采用锦标赛的办法,将冠军拿走之后,只要把冠军打过的比赛重赛一遍,那么剩下的人中的“冠军”就产生了,而重赛的次数就是竞赛树的深度。实际写的时候,弄不好就会写得很“蠢”,不只多余占用了大量内存,还会导致无用的判断。我没见过让人满意的例程(殷版上的实在太恶心了),自己又写不出来漂亮的,也就不献丑了(其实这是惰性的缘故,有了快排之后,大多数人都不会对其他内排感兴趣,除了基数排序)。实在无聊的时候,不妨写(或者改进)锦标排序来打发时间,^_^。

堆排序

锦标排序的附加储存太多了,而高效的寻找最大值或最小值(O(logn)),我们还有一种方法是堆。这里使用了最大堆,用待排记录的空间充当堆空间,将堆顶的记录(目前最大)和堆的最后一个记录交换,当堆逐渐缩小成1的时候,记录就排序完成了。显而易见的,时间复杂度为O(nlogn),并且没有很糟的情况。

template <class T>

void FilterDown(T a[], int i, int N, int& KCN, int& RMN)

{

       int child = 2 * i + 1; T temp = a[i];

       while (child < N)

       {

              if (child < N - 1 && a[child] < a[child+1]) child++;

              if (++KCN && temp >= a[child]) break;//不需调整,结束调整

              a[i] = a[child]; RMN++;

              i = child; child = 2 * i + 1;

       }

       a[i] = temp; RMN++;

}

template <class T>

void HeapSort(T a[], int N, int& KCN, int& RMN)

{

       int i;

       for (i = (N - 2)/2; i >= 0; i--) FilterDown<T>(a, i, N, KCN, RMN);//生成最大堆

       for (i = N - 1; i > 0; i--)

       {

              swap(a[0], a[i]); RMN += 3;

              FilterDown(a, 0, i, KCN, RMN);

       }

}

测试结果,直接测试的是N=100000:

Sort ascending  N=100000        TimeSpared: 110ms

KCN=1556441    KCN/N=15.5644    KCN/N^2=0.000155644KCN/NlogN=0.937071

RMN=2000851    RMN/N=20.0085    RMN/N^2=0.000200085RMN/NlogN=1.20463

Sort randomness N=100000        TimeSpared: 160ms

KCN=3047006    KCN/N=30.4701    KCN/N^2=0.000304701KCN/NlogN=1.83448

RMN=3898565    RMN/N=38.9857    RMN/N^2=0.000389857RMN/NlogN=2.34717

Sort descending N=100000        TimeSpared: 90ms

KCN=4510383    KCN/N=45.1038    KCN/N^2=0.000451038KCN/NlogN=2.71552

RMN=5745996    RMN/N=57.46      RMN/N^2=0.0005746  RMN/NlogN=3.45943

整体性能非常不错,附加储存1,还没有很糟的情况,如果实在不放心快排的最坏情况,堆排确实是个好选择。这里仍然出现了KCN、RMN多的反而消耗时间少的例子——误差70ms是不可能的,看来CPU优化的作用还是非常明显的(可能还和Cache有关)。

本文地址:http://com.8s8s.com/it/it1418.htm