数据结构-第十章-内部排序

0
1
2
3
4
5
6
7
8
i=5
MAXINT 49 2 3
MAXINT 49 6 3 MAXINT 49 6 3 MAXINT 49 6 8
38 1
38 1 38 1 38 1
65 97 5 0
65 5 65 5 65 5 97 0 97 0 97 0
76 4
76 4 76 4 76 4
13
27
49
i=6



最坏情况下,待排记录按关键字非递增有序 排列（逆序）时，第 i 趟时第 i＋1 个对象 必须与前面 i 个对象都做排序码比较, 并且 每做1次比较就要做1次数据移动。总比较 次 数 为 (n+2)(n-1)/2 次 ， 总 移 动 次 数 为 (n+4)(n-1)/2。 在平均情况下的排序码比较次数和对象移 动次数约为 n2/4。因此，直接插入排序的 时间复杂度为 O(n2)。 直接插入排序是一种稳定的排序方法。
折半插入排序 (Binary Insertsort)
基本思想 既然每个要插入记录之前的纪录 已经按关键字有序排列，在查找插入位 臵时就没有必要逐个关键字比较，可以 使用折半查找来实现。由此进行的插入 排序称之为折半插入排序。
折半插入排序的算法
void BInsertSort (SqList &L){ for (i=2;i<=L.length;++i){ L.r[0]=L.r[i]; low=1;high=i-1; //查找范围由1到i-1 while(low<=high){ m=(low+high)/2; if LT(L.r[0].key,L.r[m].key) high=m-1; else low=m+1; }//while 折半查找 for (j=i-1;j>=high+1;--j) L.r[j+1]=L.r[j]; //折半查找结束后high+1位臵即为插入位臵 L.r[high+1]=L.r[0]; }//for }//BInsertSort
插入排序 (Insert Sorting)
基本思想 每步将一个待排序的对象, 按其 排序码大小, 插入到前面已经排好序的一组 对象的适当位臵上, 直到对象全部插入为止。
直接插入排序 (Insert Sort)

基本思想 当插入第i (i 1) 个对象时, 前面的 V[0], V[1], …, V[i-1]已经排好序。这时, 用 V[i]的排序码与V[i-1], V[i-2], …的排序码顺 序进行比较, 找到插入位臵即将V[i]插入, 原 来位臵上的对象向后顺移。
表插入排序
• 若希望在排序过程中不移动记录，只有 改变存储结构，以静态链表作为待排记 录序列的存储结构。 • 算法：
• 为插入方便起见,设数组中0号单元为表头,其关键 字值取最大整数(以便构成循环链表) • 插入时将1号单元和表头构成一循环表 • 以后将2至n号单元按关键字非递减有序插入到 循环链表中
第十章内部排序
概述
插入排序
快速排序 选择排序 归并排序 基数排序 各种内排方法比较
概 述

排序(sorting)： 将一个数据元素的任意序
列，重新排列成一个按关键字有序的序列。

数据表(datalist): 它是待排序数据对象的
有限集合。

主关键字(key): 数据对象有多个属性域,
0
1
2
3
4
5
6
7
8
i=1
MAXINT 49 1 0
MAXINT 49 2 0 MAXINT 49 2 3 MAXINT 49 2 3
38
65 97
76
13
27
49
i=2
38 1 38 1 38 1
65
97
76
13
27
49
i=3
65 0 65 4
97
76
13
27
49
i=4
97 0
76
13
27
49
注：蓝色为插入关键字时需要修改的指针
折半插入排序
0
i=1 i=2
5
1 21
2 5
3
4
5
6
0
3
1
5
2
21
3
3
4
5
6
i=3
i=4 i=5
4
8 16
3
3 3
5
4 4
21
5 5
4
21 8 8 21 16
3
4
5
8
16
21
算法分析


折半搜索比顺序搜索查找快, 所以折半插入 排序就平均性能来说比直接插入排序要快。 它所需的排序码比较次数与待排序对象序 列的初始排列无关, 仅依赖于对象个数。在 插入第 i 个对象时, 需要经过 log2i +1 次排 序码比较, 才能确定它应插入的位臵。因此, 将 n 个对象(为推导方便, 设为 n=2k )用折半 插入排序所进行的排序码比较次数为：
27 2
27 2 38 1 65 5
49 3
49 3 49 3 49 3
MAXINT 13 下一记录：2 6 6
i=3 p=(2)=7 MAXINT 13 下一记录：1 6 6
即多个数据成员组成, 其中有一个属性域可用 来区分对象, 作为排序依据，称为关键字。也 称为排序码。

排序方法的稳定性: 如果在对象序列中有两
个对象r[i]和r[j], 它们的排序码 k[i] == k[j] , 且 在排序之前, 对象r[i]排在r[j]前面。如果在排 序之后, 对象r[i]仍在对象r[j]的前面, 则称这 个排序方法是稳定的, 否则称这个排序方法是 不稳定的。
如待排序列:49,38,65,97,76,13,27,49 使用直接插入排序得到的序列：
13,27,38, 49,49,65,76,97

内排序与外排序: 内排序是指在排序期
间数据对象全部存放在内存的排序；外 排序是指在排序期间全部对象个数太多， 不能同时存放在内存，必须根据排序过 程的要求，不断在内、外存之间移动的 排序。
log
i 1
n 1
2
i 1 n log2 n



当 n 较大时, 总排序码比较次数比直接插入 排序的最坏情况要好得多, 但比其最好情况 要差。 在对象的初始排列已经按排序码排好序或 接近有序时, 直接插入排序比折半插入排序 执行的排序码比较次数要少。折半插入排 序的对象移动次数与直接插入排序相同, 依 赖于对象的初始排列。 折半插入排序是一个稳定的排序方法。 折半插入排序的时间复杂度为O(n2)。
i=5
i=6 i=7 i=8
49
49
65
76
97
↑ final
49 65 76 97 ↑ final 49 49 65 76 97
first↑
13 first↑ 13 27 38 27 38
final ↑ first↑
• 分析：2-路插入排序移动记录的次数约 为n2/8，比插入排序少一半，但不能避免 移动记录，当L.r[1]是待排序记录中关键 字最小或最大的纪录时，该算法就完全 失去优越性。
• 排序的时间开销: 排序的时间开销是
衡量算法好坏的最重要的标志。排序的 时间开销可用算法执行中的数据比较次 数与数据移动次数来衡量。
内排序分类
• 依不同原则 插入排序、交换排序、选择排序、归 并排序、和基数排序等。 依所须工作量 简单排序---时间复杂度O(n2) 先进排序方法---时间复杂度O(n logn) 基数排序---时间复杂度O(d.n)
待排记录的数据类型定义
# define MAXSIZE 20 //顺序表长度 typedef int KeyType; //本章中关键字都为整数类型 typedef struct { KeyType key; InfoType otherinfo; }RedType; //记录类型 typedef struct { RedType r[MAXSIZE+1]; //0号单元用作哨兵 int length; }SqList; //顺序表类型
设初始关键字为： 49 38 1 65 2 97 3 76 4 13 5 27 6 49 7 0 49 first↑↑ final
i=1
i=2
i=3 i=4
49 ↑ final 49 65 ↑ final 49 65 97
38 first↑ 38 first↑ 38
↑ final
first↑
设初始关键字为： 49 0 38 1 65 65 2 76 97 3 97 ↑ final 76 4 13 5 27 6 49 7 38 first↑ 13 38
重排记录的方法：
• 从1开始按顺序扫描有序链表，将链表中第i个 结点移动至数组的第i号位臵上。（其中第一个 节点由MAXINT指出） • 在移动时采用互换的方法，即第i个结点（在第 p号位臵）与i号位臵上的节点互换(因为按顺序 从1开始所以p>i)，为保证链表的连续性,交换 后将i号节点的指针改为p，在扫描过程中凡是 p<i时则继续向后扫描。
直接插入排序过程
0 0
25
1 21 1
21 21
2 25 2
25 25 25
3 49 3
49 49 49
4 5 25* 16 4 5
6 08 6
08 排序前 08 排序后 08
i=1
25* 16 25* 16 25* 16