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詳解選擇排序和對其優化

選擇排序是每次從未排序的佇列中取出最小值,然後插到已排序佇列的尾部。

例子: 12, 78, 9,7,25;待排序的陣列元素

[7] [78, 9, 12, 25]  進行第一次排序時,min = 7,將它插到已排序佇列的尾部,因為是第一次排序所以7 為已排序佇列的首部。這裡所說的插到已排序佇列的尾部,其實是將找到的最小值和已排序的後一位值做交換。

[7, 9] [78,12,25] 

[7,9, 12] [78, 25]

[7,9,12, 25] [78]

[7,9,12, 25 78] 排序完成

void SelectSort(int number[]) 
{	
	int i, j, min;
	for(i = 1; i < MAX; i++)
	{
		min = i;
		for(j = i+1; j <= MAX; j++)
		{
			if(number[min] > number[j]) min = j;
		}
		if(min != i) SWAP(number[i],number[min]);
	}
	printf("sorted           : ");
	for(i = 1; i <= MAX; i++)
		printf("%d ",number[i]);
	printf("\n");
}


程式碼中每次用一個min 值來記錄最小值的下標,為了後面的方便使用,陣列從下標 1 開始計數

那麼選擇排序的演算法複雜度就是 n+(n-1)+.......+1 = (1+n)*n/2  =  O(n^2)

從上述選擇排序的思想可以看出,這個n^2 主要消耗在尋找最小值上面,那麼欲對其進行優化,必須以極快的速度找到未排序數列中的最小值,在這裡我使用的是最小堆樹的結構,因為堆樹搜尋的路徑是樹根到葉子節點,而不是遍歷整個未排序的部分。

最小堆樹有2 個葉子節點,根的值是最小值,而2個葉子節點之間無須進行排序

下面是一個最小堆樹:


根據二叉樹的概念可以得出 root = leaf / 2;

       

假定10 個數字在陣列中,且下標是從 零開始


經過交換節點:得到一個最小堆樹


將根和最後一個葉子節點做交換, 取出最小值,並且繼續調整樹,使其滿足最小堆的性質


以此迴圈下去,直到最後一個數

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#define MAX 10
#define SWAP(x,y){int t; t = x; x = y; y = t;}

void UltimateSelectSort(int number[])
{
	int i,root,leaf,m;
	int heap[MAX+1];
	for(i = 1; i <= MAX; i++)
	{
		heap[i] = number[i];
		leaf = i;
		root = leaf/2;
		while(leaf >= 2 && heap[root]>heap[leaf])
		{
			SWAP(heap[root], heap[leaf]);
			leaf = root;
			root = leaf/2;
		}
	}
	
	for(i = 1; i <= MAX; i++)
		number[i] = heap[i];

	m = MAX;
	while(m > 1)
	{
		SWAP(number[1],number[m]);
		m--;
		root = 1;
		leaf = root * 2;
		while(leaf <= m)
		{
			if((leaf < m) && (number[leaf]>number[leaf+1]))
				leaf++;
			if(number[root] <= number[leaf]) break;
			SWAP(number[root], number[leaf]);
			
			root = leaf;
			leaf = root * 2;
		}	
	}
	printf("sorted           : ");
    for(i = MAX; i > 0; i--) 
        printf("%d ", number[i]); 
    printf("\n");
}

int main()
{
	int number[MAX+1];
	int i;
	
	srand(time(NULL));
	printf("Previous of sort : ");
	for(i = 1; i <= MAX; i++)
	{
		number[i] = rand() % 100;
		printf("%d ",number[i]);
	}
	printf("\n");
	
	UltimateSelectSort(number);	
	
	return 0;
}

經過優化之後的演算法複雜度為O(n*log2n) 以2為底,可以看出,優化之後的效率明顯上升了一個檔次