關於排序的穩定性

2021-09-18 06:55:42 字數 2078 閱讀 8381

通俗地講就是能保證排序前兩個相等的數其在序列的前後位置順序和排序後它們兩個的前後位置順序相同。

比如一次考試成績排序,學校規定本次考試分數前三名同學可以分別獲得一等獎,二等獎,三等獎。a同學本次考試獲得了第一名無可爭議,他獲得了一等獎。但是由於本次考試有兩個人分數相同,我們設這兩個人是b同學和c同學,他們兩個並列第二名,但是二等獎只有乙個,那該這個時候就應該用穩定排序來處理。即如果b同學上一次考試的成績比c同學的分數高,那麼即便這次考試b和c成績相同,b同學也理應排在第二名(獲二等獎),c同學應該排在第三名(獲三等獎)。但是如果用了不穩定排序的話,可能會造成b同學最終第三名,拿到了三等獎,這顯然對他不公平。

由此可見,穩定排序可以利用上一次的排序結果(上一次考試b同學比c同學分數高)來服務於這次的排序。這就是它的應用場景。

選擇排序是給每個位置選擇當前元素最小的,比如給第乙個位置選擇最小的,在剩餘元素裡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,因為只剩下它乙個最大的元素了。那麼,在一趟選擇,如果當前元素比乙個元素小,而該小的元素又出現在乙個和當前元素相等的元素後面,那麼交換後穩定性就被破壞了。

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,那麼原序列中2個5的相對前後順序就被破壞了,所以選擇排序不是乙個穩定的排序演算法。

氣泡排序就是把小的元素往前調或者把大的元素往後調。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。所以,如果兩個元素相等,我想你是不會再無聊地把他們倆交換一下的;如果兩個相等的元素沒有相鄰,那麼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,所以相同元素的前後順序並沒有改變,所以氣泡排序是一種穩定排序演算法。

插入排序是在乙個已經有序的小序列的基礎上,一次插入乙個元素。當然,剛開始這個有序的小序列只有1個元素,就是第乙個元素。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後面,否則一直往前找直到找到它該插入的位置。如果碰見乙個和插入元素相等的,那麼插入元素把想插入的元素放在相等元素的後面。所以,相等元素的前後順序沒有改變,從原無序序列出去的順序就是排好序後的順序,所以插入排序是穩定的。

快速排序有兩個方向,左邊的i下標一直往右走,當a[i] <= a[center_index],其中center_index是中樞元素的陣列下標,一般取為陣列第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],重複上面的過程,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,所以快速排序是乙個不穩定的排序演算法,不穩定發生在中樞元素和a[j] 交換的時刻。

歸併排序是把序列遞迴地分成短序列,遞迴出口是短序列只有1個元素(認為直接有序)或者2個序列(1次比較和交換),然後把各個有序的段序列合併成乙個有序的長序列,不斷合併直到原序列全部排好序。可以發現,在1個或2個元素時,1個元素不會交換,2個元素如果大小相等也沒有人故意交換,這不會破壞穩定性。那麼,在短的有序序列合併的過程中,穩定是是否受到破壞?沒有,合併過程中我們可以保證如果兩個當前元素相等時,我們把處在前面的序列的元素儲存在結果序列的前面,這樣就保證了穩定性。所以,歸併排序也是穩定的排序演算法。

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於等於其2個子節點,小頂堆要求父節點小於等於其2個子節點。在乙個長為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這些個父節點擊擇元素時,就會破壞穩定性。有可能第n / 2個父節點交換把後面乙個元素交換過去了,而第n / 2 - 1個父節點把後面乙個相同的元素沒 有交換,那麼這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演算法。

穩定排序:           氣泡排序、插入排序、歸併排序、基數排序

不穩定的排序:      選擇排序、快速排序、希爾排序、堆排序

排序穩定性

這幾天筆試了好幾次了,連續碰到乙個關於常見排序演算法穩定性判別的問題,往往還是多選,對於我以及和我一樣拿不準的同學可不是乙個能輕易下結論的題目,當然如果你筆試之前已經記住了資料結構書上哪些是穩定的,哪些不是穩定的,做起來應該可以輕鬆搞定。本文是針對老是記不住這個或者想真正明白到底為什麼是穩定或者不穩...

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