部排序算法的性能比較 飛鴿傳書內部排序算法的性能比較

????? 1)排序的穩定性及分析:

假定在待排序的記錄序列中，存在多個具有相同的關鍵字的記錄，若經過排序，這些記錄的相對次序保持不變，即在原序列中，ri=rj，且ri在rj之前，而在排序后的序列中，ri仍在rj之前，則稱這種排序算法是穩定的；否則稱為不穩定的。

(1)冒泡排序

冒泡排序就是把小的元素往前調或者把大的元素往后調。比較是相鄰的兩個元素比較，交換也發生在這兩個元素之間。我們知道，冒泡排序的交換條件是：a[j]>a[j+1]或者a[j]<a[j+1]很明顯不包括相等的情況，所以如果兩個元素相等，他們不會交換；如果兩個相等的元素沒有相鄰，那么即使通過前面的兩兩交換把兩個相鄰起來，這時候也不會交換，所以相同元素的前后順序不會改變，所以冒泡排序是一種穩定排序算法。

(2)選擇排序

選擇排序是給每個位置選擇當前元素最小的，比如給第一個位置選擇最小的，在剩余元素里面給第二個元素選擇第二小的，依次類推，直到第n-1個元素，第n個元素不用選擇了，因為只剩下它一個最大的元素了。那么，在一趟選擇，如果當前元素比一個元素小，而該小的元素又出現在一個和當前元素相等的元素后面，那么交換后穩定性就被破壞了。比較拗口，舉個例子，序列5 8 5 2 9， 我們知道第一遍選擇第1個元素5會和2交換，那么原序列中2個5的相對前后順序就被破壞了，所以選擇排序不是一個穩定的排序算法。

(3)插入排序

插入排序是在一個已經有序的小序列的基礎上，一次插入一個元素。當然，剛開始這個有序的小序列只有1個元素，就是第一個元素。比較是從有序序列的末尾開始，也就是想要插入的元素和已經有序的最大者開始比起，如果比它大則直接插入在其后面，否則一直往前找直到找到它該插入的位置。如果碰見一個和插入元素相等的，那么插入元素把想插入的元素放在相等元素的后面。即和冒泡排序一樣：a[j]>a[j+1]或者a[j]<a[j+1]很明顯不包括相等的情況，所以如果兩個元素相等，他們不會交換；所以，相等元素的前后順序沒有改變，從原無序序列出去的順序就是排好序后的順序，所以插入排序是穩定的。

(4)快速排序

快速排序有兩個方向，左邊的i下標一直往右走，當a[i] <= [center_index](center_index中樞元素的數組下標)，一般取為數組第0個元素。而右邊的j下標一直往左走，當a[j] > a[center_index]。如果i和j都走不動了，i <= j, 交換a[i]和a[j],重復上面的過程，直到i>j。 交換a[j]和a[center_index]，完成一趟快速排序。在中樞元素和a[j]交換的時候，很有可能把前面的元素的穩定性打亂，比如序列為 5,3,3,4,3,8,9,10,11， 現在中樞元素5和3(第5個元素，下標從1開始計)交換就會把元素3的穩定性打亂，所以快速排序是一個不穩定的排序算法，不穩定發生在中樞元素和a[j]交換的時刻。

快速排序是高效排序算法了。實踐證明，快速排序是所有排序算法中最高效的一種。它采用了分治的思想：先保證列表的前半部分都小于后半部分，然后分別對前半部分和后半部分排序，這樣整個列表就有序了。這是一種先進的思想，也是它高效的原因。因為在排序算法中，算法的高效與否與列表中數字間的比較次數有直接的關系，而"保證列表的前半部分都小于后半部分"就使得前半部分的任何一個數從此以后都不再跟后半部分的數進行比較了，大大減少了數字間不必要的比較。但查找數據得另當別論了。

(5)歸并排序

所謂“歸并”，試講兩個或兩個以上的有序文件合并成一個新的有序文件。歸并排序是把一個有n個記錄的無序文件看成是由n個長度為1的有序子文件組成的文件，然后進行兩兩歸并，得到[n/2]個長度為2或1的有序文件，再兩兩歸并，如此重復，直至最后形成包含n個記錄的有序文件為止。所以，歸并排序也是穩定的排序算法。

(6)基數排序

基數排序的思想是按組成關鍵字的各個數位的值進行排序，他是分配排序的一種。基數排序是按照低位先排序，然后收集；再按照高位排序，然后再收集；依次類推，直到最高位。有時候有些屬性是有優先級順序的，先按低優先級排序，再按高優先級排序，最后的次序就是高優先級高的在前，高優先級相同的低優先級高的在前。為了減少記錄的移動次數，隊列可以采用鏈式存儲分配，稱為鏈隊列。基數排序基于分別排序，分別收集，所以其是穩定的排序算法。

(7)希爾排序(shell)

希爾排序又稱為“縮小增量排序”是按照不同步長對元素進行插入排序，當剛開始元素很無序的時候，步長最大，所以插入排序的元素個數很少，速度很快；當元素基本有序了，步長很小，插入排序對于有序的序列效率很高。關鍵步驟是取增量d，那全體記錄分成d組，進行直接插入排序，直到d=1.所以，希爾排序的時間復雜度會比o(n^2)好一些。由于多次插入排序，我們知道一次插入排序是穩定的，不會改變相同元素的相對順序，但在不同的插入排序過程中，相同的元素可能在各自的插入排序中移動，最后其穩定性就會被打亂，所以shell排序是不穩定的。

(8)堆排序

我們知道堆的結構是節點i的孩子為2*i和2*i+1節點，大頂堆要求父節點大于等于其2個子節點，小頂堆要求父節點小于等于其2個子節點。在一個長為n的序列，堆排序的過程是從第n/2開始和其子節點共3個值選擇最大(大頂堆)或者最小(小頂堆),這3個元素之間的選擇當然不會破壞穩定性。但當為n /2-1, n/2-2, ...1這些個父節點選擇元素時，就會破壞穩定性。有可能第n/2個父節點交換把后面一個元素交換過去了，而第n/2-1個父節點把后面一個相同的元素沒有交換，那么這2個相同的元素之間的穩定性就被破壞了。所以，堆排序不是穩定的排序算法。

總結

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