經典排序推演算法

『壹』 十大經典排序演算法（動圖演示） 之 桶排序

9、桶排序（Bucket Sort）

桶排序是計數排序的升級版。它利用了函數的映射關系，高效與否的關鍵就在於這個映射函數的確定。桶排序 (Bucket sort)的工作的原理：假設輸入數據服從均勻分布，將數據分到有限數量的桶里，每個桶再分別排序（有可能再使用別的排序演算法或是以遞歸方式繼續使用桶排序進行排）。

9.1 演算法描述

9.2 圖片演示

9.3 代碼實現

9.4 演算法分析

桶排序最好情況下使用線性時間O(n)，桶排序的時間復雜度，取決與對各個桶之間數據進行排序的時間復雜度，因為其它部分的時間復雜度都為O(n)。很顯然，桶劃分的越小，各個桶之間的數據越少，排序所用的時間也會越少。但相應的空間消耗就會增大。

文章轉自 https://www.cnblogs.com/onepixel/articles/7674659.html

『貳』 推薦演算法中有哪些常用排序演算法

外排序、內排序、插入類排序、直接插入排序、希爾排序、選擇類排序。

推薦演算法是計算機專業中的一種演算法，通過一些數學演算法，推測出用戶可能喜歡的東西，應用推薦演算法比較好的地方主要是網路。所謂推薦演算法就是利用用戶的一些行為，通過一些數學演算法，推測出用戶可能喜歡的東西。

在基於內容的推薦系統中，項目或對象是通過相關特徵的屬性來定義的，系統基於用戶評價對象的特徵、學慣用戶的興趣，考察用戶資料與待預測項目的匹配程度。用戶的資料模型取決於所用的學習方法，常用的有決策樹、神經網路和基於向量的表示方法等。基於內容的用戶資料需要有用戶的歷史數據，用戶資料模型可能隨著用戶的偏好改變而發生變化。

基於內容的推薦與基於人口統計學的推薦有類似的地方，只不過系統評估的中心轉到了物品本身，使用物品本身的相似度而不是用戶的相似度來進行推薦。

『叄』 八大經典排序演算法原理及實現

該系列文章主要是記錄下自己暑假這段時間的學習筆記，暑期也在實習，抽空學了很多，每個方面的知識我都會另起一篇博客去記錄，每篇頭部主要是另起博客的鏈接。

冒泡排序演算法應該是大家第一個接觸的演算法，其原理都應該懂，但我還是想以自己的語言來敘述下其步奏：

按照計算時間復雜度的規則，去掉常數、去掉最高項系數，其復雜度為O(N^2)
冒泡排序及其復雜度分析

空間復雜度就是在交換元素時那個臨時變數所佔的內存

給定一個整數序列{6,1,2,3,4},每完成一次外層循環的結果為：

我們發現第一次外層循環之後就排序成功了，但是還是會繼續循環下去，造成了不必要的時間復雜度，怎麼優化？

冒泡排序都是相鄰元素的比較，當相鄰元素相等時並不會交換，因此冒泡排序演算法是穩定性演算法

插入排序是對冒泡排序的一種改進

插入排序的思想是數組是部分有序的，再將無序的部分插入有序的部分中去,如圖：
（圖片來自 這里 ）

空間復雜度就是在交換元素時那個臨時變數所佔的內存

插入排序的優化，有兩種方案：

文章後面會給出這兩種排序演算法

由於插入排序也是相鄰元素的比較，遇到相等的相鄰元素時不會發生交換，也不會造成相等元素之間的相對位置發生變化

其原理是從未排序的元素中選出最小值(最大值)放在已排序元素的後面

空間復雜度就是在交換元素時那個臨時變數所佔的內存

選擇排序是不穩定的，比如 3 6 3 2 4，第一次外層循環中就會交換第一個元素3和第四個元素2，那麼就會導致原序列的兩個3的相對位置發生變化

希爾排序算是改良版的插入排序演算法，所以也稱為希爾插入排序演算法

其原理是將序列分割成若乾子序列（由相隔某個 增量 的元素組成的），分別進行直接插入排序；接著依次縮小增量繼續進行排序，待整個序列基本有序時，再對全體元素進行插入排序，我們知道當序列基本有序時使用直接插入排序的效率很高。
上述描述只是其原理，真正的實現可以按下述步奏來：

希爾排序的效率取決於 增量值gap 的選取，這涉及到數學上尚未解決的難題，但是某些序列中復雜度可以為O(N 1.3)，當然最好肯定是O(N)，最壞是O(N 2)

空間復雜度就是在交換元素時那個臨時變數所佔的內存

希爾排序並不只是相鄰元素的比較，有許多跳躍式的比較，難免會出現相同元素之間的相對位置發生變化，所以希爾排序是不穩定的

理解堆排序，就必須得先知道什麼是堆？

二叉樹的特點：

當父節點的值總是大於子結點時為 最大堆 ；反之為 最小堆 ，下圖就為一個二叉堆

一般用數組來表示堆，下標為 i 的結點的父結點下標為(i-1)/2；其左右子結點分別為 (2 i + 1)、(2 i + 2)

怎麼將給定的數組序列按照堆的性質，調整為堆？

這里以建立最小堆為示例，

很明顯對於其葉子結點來說，已經是一個合法的子堆，所以做堆調整時，子節點沒有必要進行，這里只需從結點為A[4] = 50的結點開始做堆調整，即從（n/2 - 1）位置處向上開始做堆調整：

由於每次重新恢復堆的時間復雜度為O(logN)，共N - 1次重新恢復堆操作，再加上前面建立堆時N / 2次向下調整，每次調整時間復雜度也為O(logN)，二次操作時間相加還是O(N logN)。故堆排序的時間復雜度為O(N * logN)。

空間復雜度就是在交換元素時那個臨時變數所佔的內存

由於堆排序也是跨越式的交換數據，會導致相同元素之間的相對位置發生變化，則演算法不穩定。比如 5 5 5 ,堆化數組後將堆頂元素5與堆尾元素5交換，使得第一個5和第三個5的相對位置發生變化

歸並排序是建立在歸並操作上的一種有效的排序演算法。該演算法是採用分治法（Divide and Conquer）的一個非常典型的應用。

快速排序在應該是大家經常看到、聽到的演算法，但是真正默寫出來是有難度的。希望大家看了下面 挖坑填數 方法後，能快速寫出、快速排序。

其原理就這么幾句話，但是現實起來並不是這么簡單，我們採取流行的一種方式 挖坑填數分治法

對於序列： 72 6 57 88 60 42 83 73 48 85

數組變為： 48 6 57 88 60 42 83 73 88 85
再重復上面的步驟，先從後向前找，再從前向後找：

數組變為： 48 6 57 42 60 72 83 73 88 85
可以看出a[5]前面的數字都小於它，a[5]後面的數字都大於它。因此再對a[0…4]和a[6…9]這二個子區間重復上述步驟就可以了

空間復雜度，主要是遞歸造成的棧空間的使用:

快速排序的優化主要在於基準數的選取

快速排序也是跨越式比較及交換數據，易導致相同元素之間的相對位置發生變化，所以快速排序不穩定

前面也說了二分查找排序是改進的插入排序，不同之處在於，在有序區間查找新元素插入位置時，為了減少比較次數提高效率，採用二分查找演算法進行插入位置的確定
具體步驟，設數組為a[0…n]：

二分查找插入位置，因為不是查找相等值，而是基於比較查插入合適的位置，所以必須查到最後一個元素才知道插入位置。
二分查找最壞時間復雜度：當2^X>=n時，查詢結束，所以查詢的次數就為x，而x等於log2n（以2為底，n的對數）。即O(log2n)
所以，二分查找排序比較次數為：x=log2n
二分查找插入排序耗時的操作有：比較 + 後移賦值。時間復雜度如下：

二分查找排序在交換數據時時進行移動，當遇到有相等值插入時也只會插入其後面，不會影響其相等元素之間的相對位置，所以是穩定的

白話經典演算法排序
冒泡排序選擇排序
快速排序復雜度分析
優化的插入排序

『肆』 面試官常問十大經典演算法排序（用python實現）

演算法是一種與語言無關的東西，更確切地說就算解決問題的思路，就是一個通用的思想的問題。代碼本身不重要，演算法思想才是重中之重

我們在面試的時候總會被問到一下演算法，雖然演算法是一些基礎知識，但是難起來也會讓人非常頭疼。

排序演算法應該算是一些簡單且基礎的演算法，但是我們可以從簡單的演算法排序鍛煉我們的演算法思維。這里我就介紹經典十大演算法用python是怎麼實現的。

十大經典演算法可以分為兩大類：

比較排序： 通過對數組中的元素進行比較來實現排序。

非比較排序： 不通過比較來決定元素間的相對次序。

演算法復雜度

冒泡排序比較簡單，幾乎所有語言演算法都會涉及的冒泡演算法。

基本原理是兩兩比較待排序數據的大小 ，當兩個數據的次序不滿足順序條件時即進行交換，反之，則保持不變。

每次選擇一個最小（大）的，直到所有元素都被輸出。

將第一個元素逐個插入到前面的有序數中，直到插完所有元素為止。

從大范圍到小范圍進行比較-交換，是插入排序的一種，它是針對直接插入排序演算法的改進。先對數據進行預處理，使其基本有序，然後再用直接插入的排序演算法排序。

該演算法是採用 分治法 對集合進行排序。

把長度為n的輸入序列分成兩個長度為n/2的子序列，對這兩個子序列分別採用歸並排序，最終合並成序列。

選取一個基準值，小數在左大數在在右。

利用堆這種數據結構所設計的一種排序演算法。

堆是一個近似完全二叉樹的結構，並同時滿足堆積的性質：即子結點的鍵值或索引總是小於（或者大於）它的父節點。利用最大堆和最小堆的特性。

採用字典計數-還原的方法，找出待排序的數組中最大和最小的元素，統計數組中每個值為i的元素出現的次數，對所有的計數累加，將每個元素放在新數組依次排序。

設置一個定量的數組當作空桶；遍歷輸入數據，並且把數據一個一個放到對應的桶里去；對每個不是空的桶進行排序；從不是空的桶里把排好序的數據拼接起來。

元素分布在桶中：

然後，元素在每個桶中排序：

取得數組中的最大數，並取得位數；從最低位開始取每個位組成新的數組；然後進行計數排序。

上面就是我整理的十大排序演算法，希望能幫助大家在演算法方面知識的提升。看懂之後可以去試著自己到電腦上運行一遍。最後說一下每個排序是沒有調用數據的，大家記得實操的時候要調用。

參考地址：https://www.runoob.com/w3cnote/ten-sorting-algorithm.html

『伍』 幾種經典排序演算法優劣比較的C++程序實現

一、低級排序演算法
1.選擇排序
（1）排序過程
給定一個數值集合，循環遍歷集合，每次遍歷從集合中選擇出最小或最大的放入集合的開頭或結尾的位置，下次循環從剩餘的元素集合中遍歷找出最小的並如上操作，最後直至所有原集合元素都遍歷完畢，排序結束。
（2）實現代碼
//選擇排序法
template
void Sort：：SelectSort（T* array， int size）
{
int minIndex；
for（int i = 0； i < size； i++）
{
minIndex = i；
for（int j = i + 1； j < size； j++）
{
if（array[minIndex] > array[j]）
{
minIndex = j；
}
}
if（minIndex ！= i）
{
Swap（array， i， minIndex）；
}
}
}
（3）分析總結
選擇排序時間復雜度比較高，達到了O（n^2），每次選擇都要遍歷一遍無序區間。選擇排序對一類重要的元素序列具有較好的效率，就是元素規模很大，而排序碼卻比較小的序列。另外要說明的是選擇排序是一種不穩定的排序方法。
2.冒泡排序
（1）排序過程
冒泡排序的過程形如其名，就是依次比較相鄰兩個元素，優先順序高（或大或小）的元素向後移動，直至到達序列末尾，無序區間就會相應地縮小。下一次再從無序區間進行冒泡操作，依此循環直至無序區間為1，排序結束。
（2）實現代碼
//冒泡排序法
template
void Sort：：BubbleSort（T* array， int size）
{
for（int i = 0； i < size； i++）
{
for（int j = 1； j < size - i； j++）
{
if（array[j] < array[j - 1]）
{
Swap（array， j， j - 1）；
}
}
}
}
（3）分析總結
冒泡排序的時間復雜度也比較高，達到O（n^2），每次遍歷無序區間都將優先順序高的元素移動到無序區間的末尾。冒泡排序是一種穩定的排序方式。
二、高級排序演算法
（1）排序過程
歸並排序的原理比較簡單，也是基於分治思想的。它將待排序的元素序列分成兩個長度相等的子序列，然後為每一個子序列排序，然後再將它們合並成一個序列。
（2）實現代碼
//歸並排序
template
void Sort：：MergeSort（T* array， int left， int right）
{
if（left < right）
{
int mid = （left + right） / 2；
MergeSort（array， left， mid）；
MergeSort（array， mid + 1， right）；
Merge（array， left， mid， right）；
}
}
//合並兩個已排好序的子鏈
template
void Sort：：Merge（T* array， int left， int mid， int right）
{
T* temp = new T[right - left + 1]；
int i = left， j = mid + 1， m = 0；
while（i <= mid && j <= right）
{
if（array[i] < array[j]）
{
temp[m++] = array[i++]；
}
else
{
temp[m++] = array[j++]；
}
}
while（i <= mid）
{
temp[m++] = array[i++]；
}
while（j <= right）
{
temp[m++] = array[j++]；
}
for（int n = left， m = 0； n <= right； n++， m++）
{
array[n] = temp[m]；
}
delete temp；
}
（3）分析總結
歸並排序最好、最差和平均時間復雜度都是O（nlogn），是一種穩定的排序演算法。

『陸』 常見排序演算法歸納

排序演算法一般分類：

比較兩個相鄰的元素，將值大的元素交換至右端。

依次比較兩個相鄰的數，將小數放到前面，大數放到後面

即在第一趟：首先比較第1個數和第2個數，將小數放前，大數放後。然後比較第2個數和第3個數，將小數放前，大數放後，如此一直繼續下去，直到比較最後兩個數，將小數放前，大數放後。然後重復第一趟步驟，直到所有排序完成。

第一趟比較完成後，最後一個數一定是數組中最大的一個數，所以第二趟比較的時候最後一個數不參與比較。

第二趟完成後，倒數第二個數也一定是數組中第二大的數，所以第三趟比較的時候最後兩個數不參與比較。

依次類推......

輸出結果：

冒泡排序的優點： 每進行一趟排序，就會少比較一次，因為每進行一趟排序都會找出一個較大值。如上例：第一趟比較之後，排在最後的一個數一定是最大的一個數，第二趟排序的時候，只需要比較除了最後一個數以外的其他的數，同樣也能找出一個最大的數排在參與第二趟比較的數後面，第三趟比較的時候，只需要比較除了最後兩個數以外的其他的數，以此類推……也就是說，沒進行一趟比較，每一趟少比較一次，一定程度上減少了演算法的量。

用時間復雜度來說：

從一個數組中隨機選出一個數N，通過一趟排序將數組分割成三個部分，1、小於N的區域 2、等於N的區域 3、大於N的區域，然後再按照此方法對小於區的和大於區分別遞歸進行，從而達到整個數據變成有序數組。

如下圖：

假設最開始的基準數據為數組的第一個元素23，則首先用一個臨時變數去存儲基準數據，即 tmp=23 ，然後分別從數組的兩端掃描數組，設兩個指示標志： low 指向起始位置， high 指向末尾。

首先從後半部分開始，如果 掃描到的值大於基準數據 就讓 high-1 ，如果發現有元素比該基準數據的值小，比如上面的 18 <= tmp ，就讓 high位置的值賦值給low位置 ，結果如下：

然後開始從前往後掃描，如果掃描到的值小於基準數據就讓 low+1 ，如果發現有元素大於基準數據的值，比如上圖 46 >= tmp ，就再將 low 位置的值賦值給 high 位置的值，指針移動並且數據交換後的結果如下：

然後再開始從前往後遍歷，直到 low=high 結束循環，此時low或者high的下標就是 基準數據23在該數組中的正確索引位置 ，如下圖所示：

這樣一遍遍的走下來，可以很清楚的知道，快排的本質就是把比基準數據小的都放到基準數的左邊，比基準數大的數都放到基準數的右邊，這樣就找到了該數據在數組中的正確位置。

然後採用遞歸的方式分別對前半部分和後半部分排序，最終結果就是自然有序的了。

輸出結果：

最好情況下快排每次能恰好均分序列，那麼時間復雜度就是O(nlogn)，最壞情況下，快排每次劃分都只能將序列分為一個元素和其它元素兩部分，這時候的快排退化成冒泡排序，時間復雜度為O(n^2)。

插入排序的基本操作就是將一個數據插入到已經排好序的有序數據中，從而得到一個新的、個數加一的有序數據，演算法適用於少量數據的排序，時間復雜度為O(n^2)。是穩定的排序方法。

將一個數據插入到 已經排好序的有序數據 中

第一趟排序：

用數組的第二個數與第一個數( 看成是已有序的數據 )比較

第二趟排序：

用數組的第三個數與已是有序的數據 {2,3} (剛才在第一趟排的)比較

在第二步中：

...

後面依此類推

輸出結果：

選擇排序是一種簡單直觀的排序演算法。它的工作原理是每一次從待排序的數據元素中選出最小（或最大）的一個元素，存放在序列的起始位置，然後，再從剩餘未排序元素中繼續尋找最小（大）元素，然後放到已排序序列的末尾。以此類推，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。

舉例：數組 int[] arr={5,2,8,4,9,1}

第一趟排序 ： 原始數據： 5 2 8 4 9 1

最小數據1，把1放在首位，也就是1和5互換位置，

排序結果： 1 2 8 4 9 5

第二趟排序 ：

第1以外的數據 {2 8 4 9 5} 進行比較，2最小，

排序結果： 1 2 8 4 9 5

第三趟排序 ：

除 1、2 以外的數據 {8 4 9 5} 進行比較，4最小，8和4交換

排序結果： 1 2 4 8 9 5

第四趟排序 :

除第 1、2、4 以外的其他數據 {8 9 5} 進行比較，5最小，8和5交換

排序結果： 1 2 4 5 9 8

第五趟排序：

除第 1、2、4、5 以外的其他數據 {9 8} 進行比較，8最小，8和9交換

排序結果： 1 2 4 5 8 9

輸出結果：

歸並排序（merge sort）是利用歸並的思想實現的排序方法，該演算法採用經典的分治（divide-and-conquer）策略（分治法將問題分(divide)成一些小的問題然後遞歸求解，而治(conquer)的階段則將分的階段得到的各答案"修補"在一起，即分而治之)。

比如我們對 [8,4,5,7,1,3,6,2] 這個數組進行歸並排序，我們首先利用分治思想的「分」將數組拆分。

輸出結果：

『柒』 計算機經典演算法——錦標賽排序演算法

關鍵詞 ：二叉樹
生活中的淘汰錦標賽 ：在單淘汰的錦標賽中，選手們兩兩比賽，勝者晉級，敗者被淘汰。比如世界乒乓球錦標賽或者大滿貫網球賽就是這么進行的。
這樣一來，就可以把比賽的賽程和結果對應成一個二叉樹。在樹中每一個選手是二叉樹中的一個葉子結點，每一場比賽就相當於兩個數字在比大小，數字大的選手獲勝進入下一輪，成為樹幹上的根。所以，進入到某一輪比賽的選手，其實都是某個子數乾的根結點。最後的冠軍就是整個二叉樹的根結點。這種賽制的合理性需要一個假設：A>B, B>C --> 必然有A>C（輸贏的傳遞性）

工程中，要比較兩個數字的大小
第一步：把所有的數字放到二叉樹的葉子節點，然後按照錦標賽單淘汰的方式，兩兩比較選出最大
第二步：對於第二大的，從所有被最大的數字淘汰的數字中選擇，以此類推選擇對於第三、第四大的數字

假定有25名短跑選手比賽競爭金銀銅牌，賽場上有5條賽道，因此一次可以有5個人同時比賽。比賽不及時，只看相應的名次。假如選手的發揮是穩定的，也就是說如果約翰比張三跑的快，張三比凱利跑的快，那麼約翰一定比凱利跑得快。最少需要幾組比賽才能決出前3名？

第一步，將25名選手分成5組，每組5人。讓每個組分別比賽，排出各組的名次來，假設他們的名字就是他們在小組中的編號。

第二步，讓各組的第一名，也就是A1、B1、C1、D1、E1再比一次。假設A1在這次比賽中獲勝，這樣我們就知道了第一名。

第四步，如上圖通過8次（5 +1 + 1 +1）選出的5人進行第三名的比賽，前3全部產生

更好的答案：
前6次比賽都是必須的，最佳答案的前2步和上述方案中的前2步是相同的。在第6組比賽（即5個第一名的比賽）結束之後，最後的2名已經沒有資格角逐前3名了。

不妨假設那一次比賽從最快到最慢的結果是A1、B1、C1、D1、E1，在D1和E1之前已經有3名選手了，他們肯定不是前3名。
誰還會是第二名的候選呢？根據錦標賽排序的原則，直接輸給第一名的人，也就是A2，以及最後附加賽輸給他的B1，僅此兩人而已。
誰會是第三名的候選呢？和A1在某一組比賽的第三名，他們是A3、C1，或者輸給第二名候選人B1的人，即B2。

因此，第二、第三名的候選人一共只有5個， A2、A3、B1、B2和C1，剛好湊一組。這樣加上前6次，只需要賽7組，這是最佳方法。

註：來自吳軍老師得到課程