Python - 排序( 插入, 冒泡, 快速, 二分 )

插入排序

算法分析

两次循环, 大循环对队列中的每一个元素拿出来作为小循环的裁定对象

小循环对堆当前循环对象在有序队列中寻找插入的位置

性能参数

空间复杂度　　O(1)

时间复杂度　　O(n^2)

详细代码解读

import random

def func(l):
    # 外层循环: 对应遍历所有的无序数据
    for i in range(1, len(l)):
        # 备份 取出数据
        temp = l[i]
        # 记录取出来的下标值
        pos = i
        # 内层循环: 对应从后往前扫描所有有序数据
        """
        i - 1  >   从最后一个有序数据开始, 即无序数据前一位
        -1  >   扫描到下标 0 为止, 要包括第一个, 因此设置 -1 往后推一位
        -1  >   从后往前扫描
        """
        for j in range(i - 1, -1, -1):
            # 若有序数据 大于 取出数据
            if l[j] > temp:
                # 有序数据后移
                l[j + 1] = l[j]
                # 更新数据的插入位置
                pos = j  # 对应所有有序数据比取出数据大的情况
                # 若有序数据 小于/等于  取出数据
            else:
                pos = j + 1
                break
        # 在指定位置插入数据
        l[pos] = temp

if __name__ == '__main__':
    l = list(range(1, 13))
    random.shuffle(l)
    func(l)
    print(l)

简单实例

import random

def foo(l):
    for i in range(1, len(l)):
        temp = l[i]
        pos = i
        for j in range(i - 1, -1, -1):
            if temp < l[j]:
                l[j + 1] = l[j]
                pos = j
            else:
                pos = j + 1
                break

        l[pos] = temp
    return l

if __name__ == '__main__':
    l = list(range(13))
    random.shuffle(l)
    print(l)  # [12, 0, 4, 5, 6, 2, 11, 10, 8, 7, 3, 1, 9]
    print(foo(l))  # [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]

冒泡排序

算法分析

两两比较, 每次比较出一个未排序队列的最大值,让只在队列右侧排列

两次循环, 大循环每次输出一个当前最大值.

小循环进行具体的数值比对

性能参数

空间复杂度　　O(1)

时间复杂度　　O(n^2)

详细代码

"""
入学后, 第一次上体育课, 体育老师要求大家排队, 按照身高从低到高排队
获取全班 10 名同学的身高
"""

"""
外层循环
    大循环控制总循环次数
内层循环
    小循环控制如歌得出这个最大值
        计算大小, 然后彼此交换
"""

import random

"""
基础版
"""

def func(l):
    # 外层循环: 走访数据的次数
    for i in range(len(l) - 1):
        # 内层循环: 每次走访数据时, 相邻对比次数
        for j in range(len(l) - i - 1):
            # 要求从低到高
            # 如次序有误就交换
            if l[j] > l[j + 1]:
                l[j], l[j + 1] = l[j + 1], l[j]

    # 遍历次数
    print("走访次数:", i + 1)

"""
升级版
"""

def foo(l):
    # 外层循环: 走访数据的次数
    for i in range(len(l) - 1):
        # 设置是否交换标志位
        flag = False
        # 内层循环: 每次走访数据时, 相邻对比次数
        for j in range(len(l) - i - 1):
            # 要求从低到高
            # 如次序有误就交换
            if l[j] > l[j + 1]:
                l[j], l[j + 1] = l[j + 1], l[j]
                # 发生了数据交换
                flag = True
        # 如果未发生交换数据, 则说明后续数据均有序
        if flag == False:
            break  # 跳出数据走访
    # 遍历次数
    print("走访次数:", i + 1)

if __name__ == '__main__':
    l = list(range(1, 11))
    random.shuffle(l)
    print("排序前:", l)
    # func(l)
    foo(l)
    print("排序后:", l)

简单代码

import random

def foo(l):
    for i in range(len(l) - 1):
        for j in range(len(l) - i - 1):
            if l[j] > l[j + 1] and j != len(l):
                l[j], l[j + 1] = l[j + 1], l[j]

    return l

if __name__ == '__main__':
    l = list(range(13))
    random.shuffle(l)
    print(l)  # [2, 3, 0, 7, 8, 11, 10, 6, 4, 5, 12, 1, 9]
    print(foo(l))  # [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]

升级版代码

import random

def foo(l):
    for i in range(len(l) - 1):
        flag = 1
        for j in range(len(l) - i - 1):
            if l[j] > l[j + 1] and j != len(l):
                l[j], l[j + 1] = l[j + 1], l[j]
                flag = 0
        if flag:
            break
    return l

if __name__ == '__main__':
    l = list(range(13))
    random.shuffle(l)
    print(l)  # [0, 9, 1, 3, 8, 12, 6, 5, 2, 7, 10, 11, 4]
    print(foo(l))  # [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]

快速排序

算法分析

首先任意取一个元素作为关键数据 ( 通常取首元素

然后将所有比他小的数据源放在其前面, 所有比它大的放在他后面

通过一次排序将要排序的数据分为独立的两部分

然后按照该方法再递归对两部分数据进行快速排序

性能参数

时间复杂度　　O(nlogn)

空间复杂度　　O(logn)

稳定性　　　　不稳定

详细代码

# 快速排序
import random

def quick(l):
    # 递归退出条件
    # 仅剩一个元素无需继续分组
    if len(l) < 2:
        return l
        # 设置关键数据
    a = l[0]
    # 找出所有比 a 大的数据
    big = [x for x in l if x > a]
    # 找出所有比 a 小的数据
    small = [x for x in l if x < a]
    # 找出所有与 a 相等的数据
    same = [x for x in l if x == a]
    # 拼接数据排序的结果
    return quick(small) + same + quick(big)

if __name__ == '__main__':
    l = list(range(1, 25))
    random.shuffle(l)
    l = quick(l)
    print(l)

二分查找

算法分析

只能对有序队列进行查找, 利用和中间值进行对比, 然后基于判断将队列丢弃一半的方式

性能参数

时间复杂度　　O(log2 n)
空间复杂度　　O(1)

详细代码

"""
1. 切分成两部分,取中间值来判断
2. 如何定义下一次的范围:
    大于中间值, 在左侧找
    小于中间值, 在右侧找
3. 查找失败情况: 中间值 小于左端 或者 中间值 大于 右端
"""

"""
扑克牌 只取 黑桃 13 张, 用 1-13 表示, 将牌从小到大排序, 反面向上排成一排, 找到黑桃 6 的位置
"""

"""
l   原始数据
k     待查找数据
left    首元素下标值
right   尾元素下标值
"""

"""
递归方式实现
"""

def func(l, k, left, right):
    # 递归退出条件
    if left > right:
        # 查找结束
        return -1
    # 获取中间元素对应下标值
    middle = (left + right) // 2
    # 对比中间元素 和 查找元素
    if l[middle] == k:
        return middle
    elif l[middle] > k:
        # 中间值 大于 查找值
        # 查找范围是 中分后的 左边部分
        # 左侧下标值不变, 右侧下标值变为 middle 前一位
        right = middle - 1
        return func(l, k, left, right)
    else:
        # 中间值 小于 查找值
        # 查找范围是 中分后的 右边部分
        # 左侧下标值变为 middle 后一位, 右侧下标值不变
        left = middle + 1
        return func(l, k, left, right)

"""
循环方式实现
"""

def foo(l, k):
    left = 0
    right = len(l) - 1
    while left <= right:
        mid = (left + right) // 2
        if l[mid] > k:
            right = mid - 1
        elif l[mid] < k:
            left = mid + 1
        elif l[mid] == k:
            return midreturn -1

if __name__ == '__main__':
    # l = list(range(1, 14))
    # k = 8
    # right = len(l) - 1
    # res = func(l, k, 0, right)

    l = list(range(1, 14))
    k = 10
    right = len(l) - 1
    res = foo(l, k)
    if res == -1:
        print("查找失败")
    else:
        print("查找成功, 第 %d 张拿到" % res)

简单代码

def foo(l, k):
    left = 0
    right = len(l) - 1
    while left <= right:
        mid = (left + right) // 2
        if l[mid] > k:
            right = mid - 1
        elif l[mid] < k:
            left = mid + 1
        elif l[mid] == k:
            return mid
    return -1

if __name__ == '__main__':
    l = list(range(13))
    print(l)  # [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]
    print(foo(l, 8))  #

总结

冒泡排序

重复走访所有要排序的数据,
依次比较每两个相邻的元素,
如果两者次序错误就交换
重复上面过程 直到没有需要被调换的内容为止

插入排序

将数据插入到已经有序的数据中, 从而得到一个新的有序数据

默认首元素自然有序, 取出下一个元素, 对已经有序的数据从后向前扫描

若扫描的有序数据大于取出数据, 则该有序数据后移

若扫描的有序数据小于取出数据, 则在该有序数据后插入取出数据

若扫描的所有的有序数据大于取出数据, 则在有序数据的首位插入取出数据

特点

数据只移动不交换, 优于冒泡

快速排序

首先任意取一个元素作为关键数据 ( 通常取首元素 )

然后将所有比他小的数据源放在其前面

(从小到大)所有比它大的放在他后面

通过一次排序将要排序的数据分为独立的两部分

然后按照该方法再递归对两部分数据进行快速排序

特点

每次若能均匀分组则排序速度最快, 但是不稳定