排序算法基础概念讲解

本章节目标:掌握 稳定性,原地排序,内部/外部排序 相关概念

在计算机科学中,排序算法是一种将一组元素按照特定顺序排列的算法。

排序算法是我们日常编程中经常遇到的一种问题,因为对数据进行排序可以帮助我们更高效地进行搜索、比较和分析。

在实际应用中,不同的排序算法适用于不同需求和场景,因此了解不同排序算法的特点、优劣势以及适用场景对于程序员来说是非常重要的。

在本系列文章中,我们将介绍各种排序算法的原理、实现方式以及适用场景,希望能帮助读者更好地掌握排序算法的知识,提升编程技能。

在本篇文章中,主要是介绍排序算法的一些概念,有助于大家后面在学习具体的排序算法的时候,可以更好的理解。

排序算法基本介绍

常见的排序算法包括冒泡排序、选择排序、插入排序、快速排序、归并排序、堆排序等。

排序算法通常可以根据算法的性能、稳定性和空间复杂度等方面来进行分类。

首先要明确的是,没有哪种排序算法是最好的。每种排序算法都有自己独特的特点和适用场景。

了解过排序算法的人可能会认为快速排序是最好的,速度最快,但是你是否知道在某些情况下快速排序的时间复杂度会退化成O(n^2),又是否知道快速排序通常不具有稳定性。

而插入排序对于输入数组基本有序的时候,会有比较好的表现。

可见选择一个排序算法的时候,往往需要根据时间复杂度,空间复杂度,输入数据的特征,来做权衡。

如果你目前不了解也没事,后面在讲到具体的算法的时候,我都会帮大家分析总结。

稳定性

前面有提到排序算法的稳定性。这个性质需要重点理解。

如果一个排序算法能够保留数组中重复元素的相对位置则可以被称为是稳定的。

平时大家在学习排序算法的过程中看到的例子,大多数都是对数字来进行排序。

比如数组中的 2 和 2,排序之后第一个 2 还在第二个 2 的前面。

稳定性对于排序普通数字的数组确实没有什么用。

但是这个性质在很多情况下很重要。

例如,我们在网上购物时,往往可以按照商品的某些属性进行排序。

首先我们先将商品按照价格从小到大排序,接着按照商品的好评率从高到低排序。

排序的结果就是:对于好评率相等的,排在前面的是价格比较低的,物美价廉。

哪些排序算法是不稳定的呢?

选择排序,快速排序,堆排序就是不稳定的,其实任何排序算法也可以通过空间换时间的方式,将不稳定的排序算法变成稳定的。

但是一般对于算法稳定性有具体要求,我们往往会选择归并排序。

原地排序

原地排序是指排序算法在排序过程中所需要的额外存储空间是常数级别的,排序过程中不需要额外的存储空间来存储中间结果。

原地排序的优势在于节省内存空间,适合对内存消耗有限的应用场景。

例如,插入排序和选择排序是原地排序算法,而归并排序经典的实现算法就不是原地排序。

内部排序和外部排序

内部排序指的是排序算法将所有数据都加载到内存中进行排序的过程。内部排序适用于数据规模相对较小,能够一次性加载到内存中的情况,通常在计算机内存中完成排序操作。

外部排序指的是排序算法处理的数据量过大,无法一次性加载到内存中进行排序的情况。

外部排序通常需要使用外部存储设备,如磁盘或者 SSD 等,通过多次数据传输和排序操作来完成整个数据集的排序。

外部排序的算法需要额外考虑数据的读取和写入效率以及磁盘 I/O 的性能。

像归并排序就是典型的外部排序算法。

读完本篇文章,如果你没有学过排序算法,难免对这些概念会有一些理解不到位的地方,但是至少你在后面学习的时候会从更多的角度去思考一个排序算法的方方面面,甚至学习其他算法也要具备这种思维。

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