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排序算法图解

发布时间:2025-02-11 00:19:03

㈠ 图解:C语言希尔排序

希尔排序作为升级版的插入排序算法,由希尔(Donald Shell)于1959年提出。相较于普通插入排序,希尔排序通过分组和插入操作,显着提高了排序效率。算法的时间复杂度为“O(nLogn)~O(n^2)”,达到冲破O(n^2)的突破性进步。排序过程中,数据需分为多组进行排序。

假设需对一组数据进行排序,步骤如下:

1. 首先,对数据进行分组,组数取决于数据量,每组数量相等。例如,若数据量为8,则分4组。

2. 对每组进行插入排序,得到初步排序结果。

3. 依次减小组数,重复步骤1和步骤2,直至最后进行插入排序完成全部数据排序。

动态展示排序过程,直观理解算法运行。

代码实现如下,以步长4为例,先进行一次插入排序,再以步长2进行二次排序,最后以步长1进行三次排序,完成整个排序过程。

完成排序后,将得到最终有序的数据序列。

㈡ <算法图解>

二分查找、大O分析法;数组和链表;递归、快速排序;分治、动态规划、贪婪算法;散列表(键值对组成的数据结构);图算法(模拟网络的方法):广度优先搜索、迪杰斯特拉算法(计算网络中两点之间最短距离);K近邻(KNN,用于创建推荐系统、OCR引擎、预测股价、物件分类)。

二分查找的时间复杂度为log2n,多少个2相乘等于n。

有序数组,定义low和high,非一个元素,猜中,大了,小了。

选择排序:o(n方),快速排序:o(nlogn),存储最小的值,存储最小元素的索引,找出最小的值,加到新数组中。

循环,程序的性能更好,递归,程序更容易理解。栈有两种操作:压入和弹出。

每个递归函数都有两部分:基线条件和递归条件,递归条件指的是函数调用自己,基线条件指的是函数不再调用自己,避免无限循环。

编程概念,调用栈,计算机在内部使用被称为调用栈的栈,递归是调用自己的函数。

调用栈可能占用大量内存,解决方案是编写循环代码,或者使用尾递归,但并非所有的语言都支持尾递归。

分治-递归式问题解决办法:步骤:找出基线条件,确定如何缩小问题的规模,使其符合基线条件。

涉及数组的递归函数,基线条件通常是数组为空或只包含一个元素。

快速排序-D&C算法:步骤:设置基线条件,数组小于2,选择基准值,将数组分成两个子数组:小于和大于基准值的元素,对这两个子数组进行快速排序,递归调用。

合并排序:o(nlogn),快速排序:o(nlogn):层数o(logn)乘每层需要的时间o(n),但最差情况为o(n方)。

散列表-基本数据结构之一:内部机制:实现、冲突、散列函数。

散列表无序,数据结构:数组、列表、(栈、不能用于查找)、散列表(包含额外逻辑)。

数组和链表都直接映射到内存,但散列表使用散列函数来确定元素存储位置。

散列函数:不同的输入映射到不同的索引,输出不同的数字,散列表是散列函数和数组的结合,也称散列映射、映射、字典、关联数组。

缓存的数据存储在散列表中,访问页面时,先检查散列表是否存储了页面。

如果两个键映射到了同一个位置引发冲突,可以在这个位置存储一个链表,好的散列函数可以减少冲突。

填装因子为散列表元素/位置总数,因子越低,发生冲突的可能性越小,性能越高。

广度优先搜索(BFS)的含义:解决最短路径问题的算法。

步骤:使用图来建立问题模型,使用广度优先搜索算法(是否有路径,哪个路径最短)。

所有算法中,图算法是最有用的。

队列(数据结构):类似于栈,不能随机访问队列中元素,只支持入队和出队(压入和弹出),先加入的先出队,即先进先出(FIFO),而栈是后进先出(LIFO)。

有向图:关系是单向的,无向图:没有箭头,直接相连的节点互为邻居。

拓扑排序:根据图创建一个有序列表。

迪杰斯特拉算法:适用于加权图(提高或降低某些边的权重),找出加权图中的最短路径。

只适用于有向无环图,如果有负权边,不能使用迪杰斯特拉算法,因为算法假设处理过的节点,没有前往终点的最短路径,故,有负权边的可用贝尔曼-福特算法。

在未处理的节点找到开销最小的节点,遍历当前节点的所有邻居,如果经当前节点前往该邻居更近,就更新邻居开销,同时将该邻居的父节点设置为当前节点,将当前节点标记为处理过,找出接下来要处理的节点,并循环。

贪婪算法:每步都选择局部最优解,最终就是全局最优解,易于实现,运行快,是个不错的近似算法。

集合类似于列表,但是不包含重复的元素。

贪婪算法:o(n方),NP完全问题:需要计算所有的解,从中选出最小距离,计算量大,最佳做法是使用近似算法。

动态规划:约定条件下找到最优解,在问题可分解为彼此独立且离散的子问题时,就可使用动态规划来解决。

动态规划解决方案涉及网络,每个单元格都是子问题,需考虑如何将问题分解为子问题。

最长公共序列。

K最近邻算法(KNN):电影推荐系统。

特征抽取:指标打分,计算距离(相似程度),N维。

KNN的基本工作:分类和回归。

应用:OCR光学字符识别(optical character recognition),提取线段、点、曲线特征,找出与新图像最近的邻居;语音识别,人脸识别。

垃圾邮件过滤器:朴素贝叶斯分类器。

二叉查找树(binary search tree):有序树状数据结构。

二叉查找树插入和删除操作快于有序数组,但不能随机访问(没有索引)。

红黑树是处于平衡状态的特殊二叉树,不平衡时,如向右倾斜时性能不佳。

B树是一种特殊的二叉树。

反向索引:一个散列表,将单词映射到包含他的页面,常用于创建搜索引擎。

并行算法:速度的提升非线性,因为并行性管理开销和负载均衡。

分布式算法:特殊的并行算法,maprece(映射和归并函数),映射:任务多时自动分配多台计算机完成,将一个数组转换成另一个数组,归并是将一个数组转换成一个元素。

线性规划:在给定约束条件下最大限度的改善指定指标,使用simplex算法,图算法为线性规划子集。

㈢ 约翰逊算法的公式

为了便于阐述约翰逊法的具体做法,下面结合一个例子来进行说明:
约翰逊法
约翰逊法
例:有五个工件在二台设备上加工,加工顺序相同,先在设备1上加工,再在设备2上加工,工时列于下表1中,用约翰逊法排序。
表1 加工工时表
具体步骤为:
第一步,取出最小工时t12=2。如该工时为第一工序的,则最先加工;反之,则放在最后加工。此例是A工件第二工序时间,按规则排在最后加工。
第二步,将该已排序工作划去。
第三步,对余下的工作重复上述排序步骤,直至完毕。此时t21=t42=3,B工件第一工序时间最短,最先加工;D工件第二工序时间最短,排在余下的工件中最后加工。最后得到的排序为:B-C-E-D-A。整批工件的停留时间为27分钟。
更一般的情况是工件加工顺序不同,称为随机性排序。由杰克逊对约翰逊法稍加改进后得到求解方法,称为杰克逊算法。

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