排序——了解总体以及插入排序

    排序在所有数据结构中我认为实际使用频率最大之一,并且看似简单,好像都会用,但实际上在合适地方使用合适的排序方式并不简单,并且是其他很多解决问题模型的基础;最近工作过程中实现一个消息总线,过程要解决消息分发时搜索消息效率问题,发现以前学习的数据结构大都已经还回去了,于是抽空好好再学习一下,并且总结出来供后续偶尔再回顾以及改善其中的理解;

    排序整体而言分为:内部排序和外部排序;内部排序是指排序过程使用的空间都是内存空间;而外部排序是指由于排序元素太多,排序过程使用的空间只有一部分使用内存空间,其余使用的是外设空间;

    下面我们先来了解一下内部排序;内部排序分为插入排序、交换排序、选择排序、基数排序、归并排序五种类型的排序方法;

    而插入排序是各位牌友最熟悉也是每次牌友抓牌的时候使用的技能——每次抓牌的时候手中的牌都是有序的,抓一张牌上来,逐一与手中牌比较,然后插入到合适的位置,直到所有的牌都抓完的时候,手里的牌都是有序的了。这其实就是我们的直接插入排序——在对记录序列R[1..n]的排序过程中,区段R[1..i-1]中的记录已按关键字非递减的顺序排列,将 R[i] 插入到有序序列 R[1..i-1] 中,使区段 R[1..i] 中的记录按关键字非递减顺序排列;直接插入排序优点就是简单,占用空间小;缺点是比较次数和移动次数太依赖要排序的集合元素;

    为了提高效率,我们在直接插入基础上从比较、移动、空间三个角度出发得到了半折插入排序、2路插入排序、表插入排序、希尔插入排序;

    首先我们先从比较次数入手,于是我们有了半折插入排序,简单讲就是比较的时候我们不一个个去比较,我们直接与中间元素比较,一下子就淘汰一半的元素不需要比较了,按照这个规则一直比较,最终找到插入位置;以前直接插入一个元素比较级别是O(n)级别,现在直接变成了O(log以2为底n的对数了)级别;

    比较次数有了很大改善;但是移动次数没有改变,有些元素是个结构体,占用内存大,移动一次的时间消耗比比较的时间消耗大多了,于是我们得减少移动的时间消耗,有了二路插入排序;比较简单的做法就是我们拷贝一份R[1..n]的空间D[1..n],R[1]赋值到D[1],从R[2]开始对D[1..n]中有序列表使用二分法查询插入位置,插入到D[1]左边[D[n]]或者右边D[2],这样确实减少了移动次数,但是增加了一倍的空间,并且减少的移动次数不是特别明显,还有提升空间;

    为了节省空间和提高移动效率,我们又有了表插入排序,其根本思想就是以前以顺序存储变角度出发,现在以链式存储角度出发,每个元素都增加一个next指,得到插入位置后,只需要修改插入元素和插入元素前面元素的next值;这个排序无疑无需移动,但是查询插入位置的效率和直接插入的效率一样了,并且还多了一个next的存储空间;

    那么我们有没有一个综合提高比较、移动、空间效率的排序方式,于是希尔排序又称缩小增量排序诞生了;它的基本思想是,先对待排序列进行"宏观调整",待序列中的记录"基本有序"时再进行直接插入排序;其基本思想是将带排序的记录按照增量d划分为几组,然后对每组进行插入排序;依次对增量d进行缩小,然后进行插入排序,直到d为1,然后进行最优插入排序;这样对比较、移动、空间效率方面有综合的提高,这个提高的程度取决于d的划分;

    经过这几个插入排序的了解,发现其实每种插入排序都有其存在的价值,我们需要针对具体情况选择具体的插入排序;比如元素集合顺序差别不大的情况我们适合选择直接插入排序;如果对比较效率要求比较高,则选择半折插入排序;如果对比较、移动要求高但是对空间要求不高,则使用二路插入排序;如果对移动、空间要求高,对比较要求不高,则使用表插入排序;如果对比较、移动、空间都有要求,则选择希尔排序。

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