Sorting Algorithms

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2023-12-01

排序是指以特定格式排列数据。排序算法指定按特定顺序排列数据的方式。最常见的订单是按数字或字典顺序排列的。

排序的重要性在于，如果数据以排序的方式存储，则数据搜索可以被优化到非常高的水平。排序还用于以更易读的格式表示数据。下面我们在python中看到五个这样的排序实现。

冒泡排序
合并排序
插入排序
Shell Sort
选择排序

冒泡排序

它是一种基于比较的算法，其中比较每对相邻元素，如果它们不按顺序交换元素。

def bubblesort(list):
# Swap the elements to arrange in order
    for iter_num in range(len(list)-1,0,-1):
        for idx in range(iter_num):
            if list[idx]>list[idx+1]:
                temp = list[idx]
                list[idx] = list[idx+1]
                list[idx+1] = temp
list = [19,2,31,45,6,11,121,27]
bubblesort(list)
print(list)

执行上述代码时，会产生以下结果 -

[2, 6, 11, 19, 27, 31, 45, 121]

合并排序

合并排序首先将数组分成相等的一半，然后以排序的方式组合它们。

def merge_sort(unsorted_list):
    if len(unsorted_list) <= 1:
        return unsorted_list
# Find the middle point and devide it
    middle = len(unsorted_list) // 2
    left_list = unsorted_list[:middle]
    right_list = unsorted_list[middle:]
    left_list = merge_sort(left_list)
    right_list = merge_sort(right_list)
    return list(merge(left_list, right_list))
# Merge the sorted halves
def merge(left_half,right_half):
    res = []
    while len(left_half) != 0 and len(right_half) != 0:
        if left_half[0] < right_half[0]:
            res.append(left_half[0])
            left_half.remove(left_half[0])
        else:
            res.append(right_half[0])
            right_half.remove(right_half[0])
    if len(left_half) == 0:
        res = res + right_half
    else:
        res = res + left_half
    return res
unsorted_list = [64, 34, 25, 12, 22, 11, 90]
print(merge_sort(unsorted_list))

执行上述代码时，会产生以下结果 -

[11, 12, 22, 25, 34, 64, 90]

插入排序

插入排序涉及在排序列表中找到给定元素的正确位置。所以在开始时我们比较前两个元素并通过比较它们进行排序。然后我们选择第三个元素并在前两个排序元素中找到它的正确位置。这样，我们逐渐将已添加的元素添加到已排序的列表中，方法是将它们放在适当的位置。

def insertion_sort(InputList):
    for i in range(1, len(InputList)):
        j = i-1
        nxt_element = InputList[i]
# Compare the current element with next one
        while (InputList[j] > nxt_element) and (j >= 0):
            InputList[j+1] = InputList[j]
            j=j-1
        InputList[j+1] = nxt_element
list = [19,2,31,45,30,11,121,27]
insertion_sort(list)
print(list)

执行上述代码时，会产生以下结果 -

[2, 11, 19, 27, 30, 31, 45, 121]

壳牌排序

Shell Sort涉及对远离其他元素的元素进行排序。我们对给定列表的大型子列表进行排序，然后继续减小列表的大小，直到对所有元素进行排序。下面的程序通过将其等于列表大小的一半长度来找到差距，然后开始对其中的所有元素进行排序。然后我们继续重置差距，直到整个列表排序。

def shellSort(input_list):
    gap = len(input_list)/2
    while gap > 0:
        for i in range(gap, len(input_list)):
            temp = input_list[i]
            j = i
# Sort the sub list for this gap
            while j >= gap and input_list[j - gap] > temp:
                input_list[j] = input_list[j - gap]
                j = j-gap
            input_list[j] = temp
# Reduce the gap for the next element
        gap = gap/2
list = [19,2,31,45,30,11,121,27]
shellSort(list)
print(list)

执行上述代码时，会产生以下结果 -

[2, 11, 19, 27, 30, 31, 45, 121]

选择排序

在选择排序中，我们首先找到给定列表中的最小值并将其移动到排序列表。然后，我们对未排序列表中的每个剩余元素重复该过程。进入排序列表的下一个元素将与现有元素进行比较并放置在正确的位置。所以最后排序未排序列表中的所有元素。

def selection_sort(input_list):
    for idx in range(len(input_list)):
        min_idx = idx
        for j in range( idx +1, len(input_list)):
            if input_list[min_idx] > input_list[j]:
                min_idx = j
# Swap the minimum value with the compared value
        input_list[idx], input_list[min_idx] = input_list[min_idx], input_list[idx]
l = [19,2,31,45,30,11,121,27]
selection_sort(l)
print(l)

执行上述代码时，会产生以下结果 -

[2, 11, 19, 27, 30, 31, 45, 121]