时间复杂度O(n^2)的典型排序算法有三个,冒泡排序、插入排序和选择排序,这三个排序算法最坏时间复杂度都达到了n^2。
冒泡排序是从第一个元素第二个元素开始,每次相邻的两个元素做对比,将较大的元素交换上去,这样一轮下来最大的元素就排到最上面去了,最上面那个元素就固定住了,不参与后面的排序了,再开启下一轮排序,也是从第一个元素第二个元素开始,进行比较交换操作,将次大的元素排上去,等于是每排一轮就排好一个元素,n轮下来就排好序了。其中每排一轮加起来要比较n-1+n-2+n-3+…+1+0=n*(n-1)/2次,这是最坏的情况,当其中某一轮排序未交换任何元素时,说明全部元素已经是排好序的状态,所以最好的情况就是排一轮就达到有序状态,只需要比较n-1次。
插入排序是分两个区进行处理,一个已排序区,一个未排序区,初始化时已排序区就只有第一个元素,从剩余的元素即未排序区取第一个元素插入到已排序区的合适位置,让已排序区始终保持排序的状态,最坏的情况,从未排序区取一个元素插入到已排序区时,需要从已排序区最末尾一个元素开始比较,一直比较到已排序区的第一个元素,每个未排序元素都要如此比较才能选到已排序区的合适位置,这样算下来总共需要比较的次数为1+2+3+…+n-1=n*(n-1)/2,其实这就是完全逆序的情况,而最好的情况就是完全有序的情况,每次比较已排序区最末尾一个元素就找到插入的位置了,只要插入到已排序区末尾就行了,总共有n-1次,这样算下来只需要比较n-1次。
选择排序也是分已排序区和未排序区进行处理,不过不一样的是,每次都是从未排序区选择最小或最大的元素,直接放到已排序区的首部或末尾,说起来和插入排序很类似,但关键点在于,从未排序区选择一个最值,必须遍历完未排序区全部的元素才行,而插入排序在最好的情况下,只需要插入到已排序区的末尾就行了,所以选择排序最好最坏时间复杂度都是n-1+n-2+…+1=n*(n-1)/2。
看起来冒泡排序和插入排序时间复杂度都差不多,但其实还有一些细微的差异,主要表现在具体实现上,冒泡排序比较完两个元素需要进行交换时,需要有三步,int tmp=a; a=b;b=tmp;,而插入排序比较完后,只需要把元素往后移动一位即可,a[i+1]=a[i],这样就能把前面的位置空出来,真正找到要插入的位置后,将空出来的这个位置填入要插入的值即可,这样对比起来,插入排序只需要一步。所以在追求极致性能的情况下,还是优先选择插入排序。
这三种排序算法最坏的情况下时间复杂度都达到了O(n^2),都属于原地排序算法,即空间复杂度均为O(1),不会随着数据量的变大而变大,但是选择排序是不稳定的排序算法,因为每次从未排序区选择最值后,都会与未排序区的第一个元素进行交换,该未排序区的第一个元素也是紧接着已排序区最后一个元素的位置,如果未排序区的第一个元素为未排序区里面多个重复元素中的一个,这个元素就会被交换到最值的位置,所以相同元素的位置可能就发生了变化,还是插入排序靠谱,每次都插入到大于等于的元素之后,就能保证相同的元素还是按照原来的顺序排列的。
综上所述,根据排序效率,是否稳定排序等方面来考虑,优先选择插入排序。
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