经典排序推算法

‘壹’ 十大经典排序算法（动图演示） 之 桶排序

9、桶排序（Bucket Sort）

桶排序是计数排序的升级版。它利用了函数的映射关系，高效与否的关键就在于这个映射函数的确定。桶排序 (Bucket sort)的工作的原理：假设输入数据服从均匀分布，将数据分到有限数量的桶里，每个桶再分别排序（有可能再使用别的排序算法或是以递归方式继续使用桶排序进行排）。

9.1 算法描述

9.2 图片演示

9.3 代码实现

9.4 算法分析

桶排序最好情况下使用线性时间O(n)，桶排序的时间复杂度，取决与对各个桶之间数据进行排序的时间复杂度，因为其它部分的时间复杂度都为O(n)。很显然，桶划分的越小，各个桶之间的数据越少，排序所用的时间也会越少。但相应的空间消耗就会增大。

文章转自 https://www.cnblogs.com/onepixel/articles/7674659.html

‘贰’ 推荐算法中有哪些常用排序算法

外排序、内排序、插入类排序、直接插入排序、希尔排序、选择类排序。

推荐算法是计算机专业中的一种算法，通过一些数学算法，推测出用户可能喜欢的东西，应用推荐算法比较好的地方主要是网络。所谓推荐算法就是利用用户的一些行为，通过一些数学算法，推测出用户可能喜欢的东西。

在基于内容的推荐系统中，项目或对象是通过相关特征的属性来定义的，系统基于用户评价对象的特征、学习用户的兴趣，考察用户资料与待预测项目的匹配程度。用户的资料模型取决于所用的学习方法，常用的有决策树、神经网络和基于向量的表示方法等。基于内容的用户资料需要有用户的历史数据，用户资料模型可能随着用户的偏好改变而发生变化。

基于内容的推荐与基于人口统计学的推荐有类似的地方，只不过系统评估的中心转到了物品本身，使用物品本身的相似度而不是用户的相似度来进行推荐。

‘叁’ 八大经典排序算法原理及实现

该系列文章主要是记录下自己暑假这段时间的学习笔记，暑期也在实习，抽空学了很多，每个方面的知识我都会另起一篇博客去记录，每篇头部主要是另起博客的链接。

冒泡排序算法应该是大家第一个接触的算法，其原理都应该懂，但我还是想以自己的语言来叙述下其步奏：

按照计算时间复杂度的规则，去掉常数、去掉最高项系数，其复杂度为O(N^2)
冒泡排序及其复杂度分析

空间复杂度就是在交换元素时那个临时变量所占的内存

给定一个整数序列{6,1,2,3,4},每完成一次外层循环的结果为：

我们发现第一次外层循环之后就排序成功了，但是还是会继续循环下去，造成了不必要的时间复杂度，怎么优化？

冒泡排序都是相邻元素的比较，当相邻元素相等时并不会交换，因此冒泡排序算法是稳定性算法

插入排序是对冒泡排序的一种改进

插入排序的思想是数组是部分有序的，再将无序的部分插入有序的部分中去,如图：
（图片来自 这里 ）

空间复杂度就是在交换元素时那个临时变量所占的内存

插入排序的优化，有两种方案：

文章后面会给出这两种排序算法

由于插入排序也是相邻元素的比较，遇到相等的相邻元素时不会发生交换，也不会造成相等元素之间的相对位置发生变化

其原理是从未排序的元素中选出最小值(最大值)放在已排序元素的后面

空间复杂度就是在交换元素时那个临时变量所占的内存

选择排序是不稳定的，比如 3 6 3 2 4，第一次外层循环中就会交换第一个元素3和第四个元素2，那么就会导致原序列的两个3的相对位置发生变化

希尔排序算是改良版的插入排序算法，所以也称为希尔插入排序算法

其原理是将序列分割成若干子序列（由相隔某个 增量 的元素组成的），分别进行直接插入排序；接着依次缩小增量继续进行排序，待整个序列基本有序时，再对全体元素进行插入排序，我们知道当序列基本有序时使用直接插入排序的效率很高。
上述描述只是其原理，真正的实现可以按下述步奏来：

希尔排序的效率取决于 增量值gap 的选取，这涉及到数学上尚未解决的难题，但是某些序列中复杂度可以为O(N 1.3)，当然最好肯定是O(N)，最坏是O(N 2)

空间复杂度就是在交换元素时那个临时变量所占的内存

希尔排序并不只是相邻元素的比较，有许多跳跃式的比较，难免会出现相同元素之间的相对位置发生变化，所以希尔排序是不稳定的

理解堆排序，就必须得先知道什么是堆？

二叉树的特点：

当父节点的值总是大于子结点时为 最大堆 ；反之为 最小堆 ，下图就为一个二叉堆

一般用数组来表示堆，下标为 i 的结点的父结点下标为(i-1)/2；其左右子结点分别为 (2 i + 1)、(2 i + 2)

怎么将给定的数组序列按照堆的性质，调整为堆？

这里以建立最小堆为示例，

很明显对于其叶子结点来说，已经是一个合法的子堆，所以做堆调整时，子节点没有必要进行，这里只需从结点为A[4] = 50的结点开始做堆调整，即从（n/2 - 1）位置处向上开始做堆调整：

由于每次重新恢复堆的时间复杂度为O(logN)，共N - 1次重新恢复堆操作，再加上前面建立堆时N / 2次向下调整，每次调整时间复杂度也为O(logN)，二次操作时间相加还是O(N logN)。故堆排序的时间复杂度为O(N * logN)。

空间复杂度就是在交换元素时那个临时变量所占的内存

由于堆排序也是跨越式的交换数据，会导致相同元素之间的相对位置发生变化，则算法不稳定。比如 5 5 5 ,堆化数组后将堆顶元素5与堆尾元素5交换，使得第一个5和第三个5的相对位置发生变化

归并排序是建立在归并操作上的一种有效的排序算法。该算法是采用分治法（Divide and Conquer）的一个非常典型的应用。

快速排序在应该是大家经常看到、听到的算法，但是真正默写出来是有难度的。希望大家看了下面 挖坑填数 方法后，能快速写出、快速排序。

其原理就这么几句话，但是现实起来并不是这么简单，我们采取流行的一种方式 挖坑填数分治法

对于序列： 72 6 57 88 60 42 83 73 48 85

数组变为： 48 6 57 88 60 42 83 73 88 85
再重复上面的步骤，先从后向前找，再从前向后找：

数组变为： 48 6 57 42 60 72 83 73 88 85
可以看出a[5]前面的数字都小于它，a[5]后面的数字都大于它。因此再对a[0…4]和a[6…9]这二个子区间重复上述步骤就可以了

空间复杂度，主要是递归造成的栈空间的使用:

快速排序的优化主要在于基准数的选取

快速排序也是跨越式比较及交换数据，易导致相同元素之间的相对位置发生变化，所以快速排序不稳定

前面也说了二分查找排序是改进的插入排序，不同之处在于，在有序区间查找新元素插入位置时，为了减少比较次数提高效率，采用二分查找算法进行插入位置的确定
具体步骤，设数组为a[0…n]：

二分查找插入位置，因为不是查找相等值，而是基于比较查插入合适的位置，所以必须查到最后一个元素才知道插入位置。
二分查找最坏时间复杂度：当2^X>=n时，查询结束，所以查询的次数就为x，而x等于log2n（以2为底，n的对数）。即O(log2n)
所以，二分查找排序比较次数为：x=log2n
二分查找插入排序耗时的操作有：比较 + 后移赋值。时间复杂度如下：

二分查找排序在交换数据时时进行移动，当遇到有相等值插入时也只会插入其后面，不会影响其相等元素之间的相对位置，所以是稳定的

白话经典算法排序
冒泡排序选择排序
快速排序复杂度分析
优化的插入排序

‘肆’ 面试官常问十大经典算法排序（用python实现）

算法是一种与语言无关的东西，更确切地说就算解决问题的思路，就是一个通用的思想的问题。代码本身不重要，算法思想才是重中之重

我们在面试的时候总会被问到一下算法，虽然算法是一些基础知识，但是难起来也会让人非常头疼。

排序算法应该算是一些简单且基础的算法，但是我们可以从简单的算法排序锻炼我们的算法思维。这里我就介绍经典十大算法用python是怎么实现的。

十大经典算法可以分为两大类：

比较排序： 通过对数组中的元素进行比较来实现排序。

非比较排序： 不通过比较来决定元素间的相对次序。

算法复杂度

冒泡排序比较简单，几乎所有语言算法都会涉及的冒泡算法。

基本原理是两两比较待排序数据的大小 ，当两个数据的次序不满足顺序条件时即进行交换，反之，则保持不变。

每次选择一个最小（大）的，直到所有元素都被输出。

将第一个元素逐个插入到前面的有序数中，直到插完所有元素为止。

从大范围到小范围进行比较-交换，是插入排序的一种，它是针对直接插入排序算法的改进。先对数据进行预处理，使其基本有序，然后再用直接插入的排序算法排序。

该算法是采用 分治法 对集合进行排序。

把长度为n的输入序列分成两个长度为n/2的子序列，对这两个子序列分别采用归并排序，最终合并成序列。

选取一个基准值，小数在左大数在在右。

利用堆这种数据结构所设计的一种排序算法。

堆是一个近似完全二叉树的结构，并同时满足堆积的性质：即子结点的键值或索引总是小于（或者大于）它的父节点。利用最大堆和最小堆的特性。

采用字典计数-还原的方法，找出待排序的数组中最大和最小的元素，统计数组中每个值为i的元素出现的次数，对所有的计数累加，将每个元素放在新数组依次排序。

设置一个定量的数组当作空桶；遍历输入数据，并且把数据一个一个放到对应的桶里去；对每个不是空的桶进行排序；从不是空的桶里把排好序的数据拼接起来。

元素分布在桶中：

然后，元素在每个桶中排序：

取得数组中的最大数，并取得位数；从最低位开始取每个位组成新的数组；然后进行计数排序。

上面就是我整理的十大排序算法，希望能帮助大家在算法方面知识的提升。看懂之后可以去试着自己到电脑上运行一遍。最后说一下每个排序是没有调用数据的，大家记得实操的时候要调用。

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

‘伍’ 几种经典排序算法优劣比较的C++程序实现

一、低级排序算法
1.选择排序
（1）排序过程
给定一个数值集合，循环遍历集合，每次遍历从集合中选择出最小或最大的放入集合的开头或结尾的位置，下次循环从剩余的元素集合中遍历找出最小的并如上操作，最后直至所有原集合元素都遍历完毕，排序结束。
（2）实现代码
//选择排序法
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）分析总结
选择排序时间复杂度比较高，达到了O（n^2），每次选择都要遍历一遍无序区间。选择排序对一类重要的元素序列具有较好的效率，就是元素规模很大，而排序码却比较小的序列。另外要说明的是选择排序是一种不稳定的排序方法。
2.冒泡排序
（1）排序过程
冒泡排序的过程形如其名，就是依次比较相邻两个元素，优先级高（或大或小）的元素向后移动，直至到达序列末尾，无序区间就会相应地缩小。下一次再从无序区间进行冒泡操作，依此循环直至无序区间为1，排序结束。
（2）实现代码
//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）分析总结
冒泡排序的时间复杂度也比较高，达到O（n^2），每次遍历无序区间都将优先级高的元素移动到无序区间的末尾。冒泡排序是一种稳定的排序方式。
二、高级排序算法
（1）排序过程
归并排序的原理比较简单，也是基于分治思想的。它将待排序的元素序列分成两个长度相等的子序列，然后为每一个子序列排序，然后再将它们合并成一个序列。
（2）实现代码
//归并排序
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）；
}
}
//合并两个已排好序的子链
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）分析总结
归并排序最好、最差和平均时间复杂度都是O（nlogn），是一种稳定的排序算法。

‘陆’ 常见排序算法归纳

排序算法一般分类：

比较两个相邻的元素，将值大的元素交换至右端。

依次比较两个相邻的数，将小数放到前面，大数放到后面

即在第一趟：首先比较第1个数和第2个数，将小数放前，大数放后。然后比较第2个数和第3个数，将小数放前，大数放后，如此一直继续下去，直到比较最后两个数，将小数放前，大数放后。然后重复第一趟步骤，直到所有排序完成。

第一趟比较完成后，最后一个数一定是数组中最大的一个数，所以第二趟比较的时候最后一个数不参与比较。

第二趟完成后，倒数第二个数也一定是数组中第二大的数，所以第三趟比较的时候最后两个数不参与比较。

依次类推......

输出结果：

冒泡排序的优点： 每进行一趟排序，就会少比较一次，因为每进行一趟排序都会找出一个较大值。如上例：第一趟比较之后，排在最后的一个数一定是最大的一个数，第二趟排序的时候，只需要比较除了最后一个数以外的其他的数，同样也能找出一个最大的数排在参与第二趟比较的数后面，第三趟比较的时候，只需要比较除了最后两个数以外的其他的数，以此类推……也就是说，没进行一趟比较，每一趟少比较一次，一定程度上减少了算法的量。

用时间复杂度来说：

从一个数组中随机选出一个数N，通过一趟排序将数组分割成三个部分，1、小于N的区域 2、等于N的区域 3、大于N的区域，然后再按照此方法对小于区的和大于区分别递归进行，从而达到整个数据变成有序数组。

如下图：

假设最开始的基准数据为数组的第一个元素23，则首先用一个临时变量去存储基准数据，即 tmp=23 ，然后分别从数组的两端扫描数组，设两个指示标志： low 指向起始位置， high 指向末尾。

首先从后半部分开始，如果 扫描到的值大于基准数据 就让 high-1 ，如果发现有元素比该基准数据的值小，比如上面的 18 <= tmp ，就让 high位置的值赋值给low位置 ，结果如下：

然后开始从前往后扫描，如果扫描到的值小于基准数据就让 low+1 ，如果发现有元素大于基准数据的值，比如上图 46 >= tmp ，就再将 low 位置的值赋值给 high 位置的值，指针移动并且数据交换后的结果如下：

然后再开始从前往后遍历，直到 low=high 结束循环，此时low或者high的下标就是 基准数据23在该数组中的正确索引位置 ，如下图所示：

这样一遍遍的走下来，可以很清楚的知道，快排的本质就是把比基准数据小的都放到基准数的左边，比基准数大的数都放到基准数的右边，这样就找到了该数据在数组中的正确位置。

然后采用递归的方式分别对前半部分和后半部分排序，最终结果就是自然有序的了。

输出结果：

最好情况下快排每次能恰好均分序列，那么时间复杂度就是O(nlogn)，最坏情况下，快排每次划分都只能将序列分为一个元素和其它元素两部分，这时候的快排退化成冒泡排序，时间复杂度为O(n^2)。

插入排序的基本操作就是将一个数据插入到已经排好序的有序数据中，从而得到一个新的、个数加一的有序数据，算法适用于少量数据的排序，时间复杂度为O(n^2)。是稳定的排序方法。

将一个数据插入到 已经排好序的有序数据 中

第一趟排序：

用数组的第二个数与第一个数( 看成是已有序的数据 )比较

第二趟排序：

用数组的第三个数与已是有序的数据 {2,3} (刚才在第一趟排的)比较

在第二步中：

...

后面依此类推

输出结果：

选择排序是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是每一次从待排序的数据元素中选出最小（或最大）的一个元素，存放在序列的起始位置，然后，再从剩余未排序元素中继续寻找最小（大）元素，然后放到已排序序列的末尾。以此类推，直到全部待排序的数据元素排完。 选择排序是不稳定的排序方法。

举例：数组 int[] arr={5,2,8,4,9,1}

第一趟排序 ： 原始数据： 5 2 8 4 9 1

最小数据1，把1放在首位，也就是1和5互换位置，

排序结果： 1 2 8 4 9 5

第二趟排序 ：

第1以外的数据 {2 8 4 9 5} 进行比较，2最小，

排序结果： 1 2 8 4 9 5

第三趟排序 ：

除 1、2 以外的数据 {8 4 9 5} 进行比较，4最小，8和4交换

排序结果： 1 2 4 8 9 5

第四趟排序 :

除第 1、2、4 以外的其他数据 {8 9 5} 进行比较，5最小，8和5交换

排序结果： 1 2 4 5 9 8

第五趟排序：

除第 1、2、4、5 以外的其他数据 {9 8} 进行比较，8最小，8和9交换

排序结果： 1 2 4 5 8 9

输出结果：

归并排序（merge sort）是利用归并的思想实现的排序方法，该算法采用经典的分治（divide-and-conquer）策略（分治法将问题分(divide)成一些小的问题然后递归求解，而治(conquer)的阶段则将分的阶段得到的各答案"修补"在一起，即分而治之)。

比如我们对 [8,4,5,7,1,3,6,2] 这个数组进行归并排序，我们首先利用分治思想的“分”将数组拆分。

输出结果：

‘柒’ 计算机经典算法——锦标赛排序算法

关键词 ：二叉树
生活中的淘汰锦标赛 ：在单淘汰的锦标赛中，选手们两两比赛，胜者晋级，败者被淘汰。比如世界乒乓球锦标赛或者大满贯网球赛就是这么进行的。
这样一来，就可以把比赛的赛程和结果对应成一个二叉树。在树中每一个选手是二叉树中的一个叶子结点，每一场比赛就相当于两个数字在比大小，数字大的选手获胜进入下一轮，成为树干上的根。所以，进入到某一轮比赛的选手，其实都是某个子数干的根结点。最后的冠军就是整个二叉树的根结点。这种赛制的合理性需要一个假设：A>B, B>C --> 必然有A>C（输赢的传递性）

工程中，要比较两个数字的大小
第一步：把所有的数字放到二叉树的叶子节点，然后按照锦标赛单淘汰的方式，两两比较选出最大
第二步：对于第二大的，从所有被最大的数字淘汰的数字中选择，以此类推选择对于第三、第四大的数字

假定有25名短跑选手比赛竞争金银铜牌，赛场上有5条赛道，因此一次可以有5个人同时比赛。比赛不及时，只看相应的名次。假如选手的发挥是稳定的，也就是说如果约翰比张三跑的快，张三比凯利跑的快，那么约翰一定比凯利跑得快。最少需要几组比赛才能决出前3名？

第一步，将25名选手分成5组，每组5人。让每个组分别比赛，排出各组的名次来，假设他们的名字就是他们在小组中的编号。

第二步，让各组的第一名，也就是A1、B1、C1、D1、E1再比一次。假设A1在这次比赛中获胜，这样我们就知道了第一名。

第四步，如上图通过8次（5 +1 + 1 +1）选出的5人进行第三名的比赛，前3全部产生

更好的答案：
前6次比赛都是必须的，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组比赛（即5个第一名的比赛）结束之后，最后的2名已经没有资格角逐前3名了。

不妨假设那一次比赛从最快到最慢的结果是A1、B1、C1、D1、E1，在D1和E1之前已经有3名选手了，他们肯定不是前3名。
谁还会是第二名的候选呢？根据锦标赛排序的原则，直接输给第一名的人，也就是A2，以及最后附加赛输给他的B1，仅此两人而已。
谁会是第三名的候选呢？和A1在某一组比赛的第三名，他们是A3、C1，或者输给第二名候选人B1的人，即B2。

因此，第二、第三名的候选人一共只有5个， A2、A3、B1、B2和C1，刚好凑一组。这样加上前6次，只需要赛7组，这是最佳方法。

注：来自吴军老师得到课程