Python八大常見排序演算法定義、實作及時間消耗效率分析
- 不言原創
- 2018-04-27 11:05:221185瀏覽
這篇文章主要介紹了Python八大常見排序演算法定義、實現及時間消耗效率分析,結合具體實例形式對比分析了冒泡排序、直接插入排序、選擇排序、歸併排序、希爾排序、桶排序、堆排序等排序演算法的使用與執行效率,需要的朋友可以參考下
本文實例講述了Python八大常見排序演算法定義、實現及時間消耗效率分析。分享給大家供大家參考，具體如下：
昨晚上開始總結了一下常見的幾種排序演算法，由於之前我已經寫了好幾篇排序的演算法的相關博文了現在總結一下的話可以說是很方便的，這裡的目的是為了更完整詳盡的總結一下這些排序演算法，為了複習基礎的東西，從冒泡排序、直接插入排序、選擇排序、歸併排序、希爾排序、桶排序、堆排序。快速排序入手來分析和實現，在最後也給出來了簡單的時間統計，重在原理、算法基礎，其他的次之，這些東西的熟練掌握不算是對之後的工作或者接下來的準備面試都是很有幫助的，演算法重在理解內在意義和理論基礎，在實現的時候才能避開陷阱少出錯誤，這不是說練習的時候有錯誤不好而是說，有些不該出現的錯誤盡量還是少出現的好，畢竟好的程式設計習慣是離不開嚴格的約束的，好了，這裡就不多說了，複習一下基礎知識，共同學習吧，下面是具體實現，註釋應該都很詳細，就不解釋了：
#!usr/bin/env python
#encoding:utf-8
'''''
__Author__:沂水寒城
功能：八大排序算法
'''
import time
import random
time_dict={}
def time_deco(sort_func):
'''''
时间计算的装饰器函数,可用于计算函数执行时间
'''
def wrapper(num_list):
start_time=time.time()
res=sort_func(num_list)
end_time=time.time()
time_dict[str(sort_func)]=(end_time-start_time)*1000
print '耗时为：',(end_time-start_time)*1000
print '结果为：', res
return wrapper
def random_nums_generator(max_value=1000, total_nums=20):
'''''
随机数列表生成器
一些常用函数：
random随机数生成
random.random()用于生成一个0到1之间的随机数:0 <= n < 1.0；
random.uniform(a, b)，用于生成一个指定范围内的随机符点数，两个参数其中一个是上限，一个是下限。min(a,b) <= n <= max(a,b)；
randdom.randint(a, b), 用于生成一个指定范围内的整数，其中a是下限，b是上限： a<= n <= b；
random.randrange(start, stop, step), 从指定范围内，按指定基数递增的集合获取一个随机数；
random.choice(sequence), 从序列中获取一个随机元素；
random.shuffle(x), 用于将一个列表中的元素打乱；
random.sample(sequence, k), 从指定序列中随机获取指定长度的片断；
'''
num_list=[]
for i in range(total_nums):
num_list.append(random.randint(0,max_value))
return num_list
#@time_deco
def Bubble_sort(num_list):
'''''
冒泡排序，时间复杂度O(n^2)，空间复杂度O(1)，是稳定排序
'''
for i in range(len(num_list)):
for j in range(i,len(num_list)):
if num_list[i]>num_list[j]: #这里是升序排序
num_list[i], num_list[j]=num_list[j], num_list[i]
return num_list
#@time_deco
def Insert_sort(num_list):
'''''
直接插入排序，时间复杂度O(n^2)，空间复杂度O(1)，是稳定排序
'''
for i in range(len(num_list)):
for j in range(0,i):
if num_list[i]<num_list[j]: #这里是升序排序,跟冒泡排序差别在于，冒泡是向后遍历，这个是向前遍历
num_list[i], num_list[j]=num_list[j], num_list[i]
return num_list
#@time_deco
def Select_sort(num_list):
'''''
选择排序，时间复杂度O(n^2)，空间复杂度O(1)，不是稳定排序
'''
for i in range(len(num_list)):
min_value_index=i
for j in range(i, len(num_list)):
if num_list[j]<num_list[min_value_index]:
min_value_index=j #乍一看，感觉冒泡，选择，插入都很像，选择跟冒泡的区别在于：冒泡是发现大
#小数目顺序不对就交换，而选择排序是一轮遍历结束后选出最小值才交换，效率更高
num_list[i], num_list[min_value_index]=num_list[min_value_index], num_list[i]
return num_list
#@time_deco
def Merge_sort(num_list):
'''''
归并排序，时间复杂度O(nlog₂n)，空间复杂度：O(1)，是稳定排序
'''
if len(num_list)==1:
return num_list
length=len(num_list)/2
list1=num_list[:length]
list2=num_list[length:]
result_list=[]
while len(list1) and len(list2):
if list1[0]<=list2[0]:
result_list.append(list1[0])
del list1[0] #这里需要删除列表中已经被加入到加过列表中的元素，否则最后比较完后列表
else: #中剩余元素无法添加
result_list.append(list2[0])
del list1[0]
if len(list1): #遍历比较完毕后列表中剩余元素的添加
result_list+=list1
else:
result_list+=list2
return result_list
#@time_deco
def Shell_sort(num_list):
'''''
希尔排序，时间复杂度：O(n)，空间复杂度：O(n^2),不是稳定排序算法
'''
new_list = []
for one_num in num_list:
new_list.append(one_num)
count=len(new_list)
step=count/2;
while step>0:
i=0
while i<count:
j=i+step
while j<count:
t=new_list.pop(j)
k=j-step
while k>=0:
if t>=new_list[k]:
new_list.insert(k+1, t)
break
k=k-step
if k<0:
new_list.insert(0, t)
#print '---------本轮结果为：--------'
#print new_list
j=j+step
#print j
i=i+1
#print i
step=step/2 #希尔排序是一个更新步长的算法
return new_list
#@time_deco
def Tong_sort(num_list):
'''''
桶排序，时间复杂度O(1)，空间复杂度与最大数字有关，可以认为是O(n)，典型的空间换时间的做法
'''
original_list = []
total_num=max(num_list) #获取桶的个数
for i in range(total_num+1): #要注意这里需要的数组元素个数总数比total_num数多一个因为下标从0开始
original_list.append(0)
for num in num_list:
original_list[num] += 1
result_list = []
for j in range(len(original_list)):
if original_list[j] != 0:
for h in range(0,original_list[j]):
result_list.append(j)
return result_list
def Quick_sort(num_list):
'''''
快速排序，时间复杂度：O(nlog₂n)，空间复杂度：O(nlog₂n)，不是稳定排序
'''
if len(num_list)<2:
return num_list
left_list = [] #存放比基准结点小的元素
right_list = [] #存放比基准元素大的元素
base_node = num_list.pop(0) #在这里采用pop()方法的原因就是需要移除这个基准结点，并且赋值给base_node这个变量
#在这里不能使用del()方法，因为删除之后无法再赋值给其他变量使用，导致最终数据缺失
#快排每轮可以确定一个元素的位置，之后递归地对两边的元素进行排序
for one_num in num_list:
if one_num < base_node:
left_list.append(one_num)
else:
right_list.append(one_num)
return Quick_sort(left_list) + [base_node] + Quick_sort(right_list)
def Heap_adjust(num_list, i, size):
left_child = 2*i+1
right_child = 2*i+2
max_temp = i
#print left_child, right_child, max_temp
if left_child<size and num_list[left_child]>num_list[max_temp]:
max_temp = left_child
if right_child<size and num_list[right_child]>num_list[max_temp]:
max_temp = right_child
if max_temp != i:
num_list[i], num_list[max_temp] = num_list[max_temp], num_list[i]
Heap_adjust(num_list, max_temp, size) #避免调整之后以max为父节点的子树不是堆
def Create_heap(num_list, size):
a = size/2-1
for i in range(a, -1, -1):
#print '**********', i
Heap_adjust(num_list, i, size)
#@time_deco
def Heap_sort(num_list):
'''''
堆排序，时间复杂度：O(nlog₂n)，空间复杂度：O(1)，不是稳定排序
'''
size=len(num_list)
Create_heap(num_list, size)
i = size-1
while i > 0:
num_list[0], num_list[i] = num_list[i], num_list[0]
size -= 1
i -= 1
Heap_adjust(num_list, 0, size)
return num_list
if __name__ == '__main__':
num_list=random_nums_generator(max_value=100, total_nums=50)
print 'Bubble_sort', Bubble_sort(num_list)
print 'Insert_sort', Insert_sort(num_list)
print 'Select_sort', Select_sort(num_list)
print 'Merge_sort', Merge_sort(num_list)
print 'Shell_sort', Shell_sort(num_list)
print 'Tong_sort', Tong_sort(num_list)
print 'Heap_sort', Heap_sort(num_list)
print 'Quick_sort', Quick_sort(num_list)
# print '-----------------------------------------------------------------------------'
# for k,v in time_dict.items():
# print k, v
結果如下：
Bubble_sort [34, 49, 63, 67, 71, 72, 75, 120, 128, 181, 185, 191, 202, 217, 241, 257, 259, 260, 289, 293, 295, 304, 311, 326, 362, 39645, 3964, 326, 25, 3964, 395, 35, 395, 395, 395, 395, 395, 395, 395, 395, 395, 395, 395, 395 , 618, 651, 701, 711, 717, 718, 752, 774, 813, 816, 845, 885, 894, 900, 918, 954, 976, 998]
這裡沒有使用到裝飾器，主要自己對這個裝飾器不太了解，在快速排序的時候報錯了，也沒有去解決，這裡簡單貼一下一個測試範例使用裝飾器的結果吧：
Insert_sort [34, 49, 63, 67, 71 , 72, 75, 120, 128, 181, 185, 191, 202, 217, 241, 257, 259, 260, 289, 293, 295, 304, 311, 326, 362, 396, 401, 419, 423, 456 , 525, 570, 618, 651, 701, 711, 717, 718, 752, 774, 813, 816, 845, 885, 894, 900, 918, 9545, 885, 894, 900, 918, 9545, 9495, 918,954, 918,094, 918,0949, 9196,093 [#19996, [#99] [Forts, 918, 954963, 93, [#996, 918,954, 9196,949 [#196, 9196,949 [#1996, [#99] [Forts, 918, 954996, 94966 63, 67, 71, 72, 75, 120, 128, 181, 185, 191, 202, 217, 241, 257, 259, 260, 289, 293, 295, 304, 311, 326, 362, 396, 401, 419, 423, 456, 525, 570, 618, 651, 701, 711, 717, 718, 752, 774, 813, 816, 845, 885, 894, 813, 816, 845, 885, 894, 9989, 99,099, [34, 49, 63, 67, 71, 72, 75, 120, 128, 181, 185, 191, 202, 217, 241, 257, 259, 260, 289, 241, 257, 259, 260, 289, 293,623, 33,623, 33,623, 33,623, 33,323, 33,326 。 98 ]
Shell_sort [34, 49, 63, 67, 71, 72, 75, 120, 128, 181, 185, 191, 202, 217, 241, 257, 2592, 2002, 217, 241, 257, 2592, 2093, 293, 293, 293, 293, 293, 293, 293, 293, 293, 293, 293, 293, 293, 293, 293, 293, 293, 293, 2932 。 , 954, 976, 998]
Tong_sort [34, 49, 63, 67, 71, 72, 75, 120, 128, 181, 185, 191, 202, 217, 241, 257, 259, 260, 289, 293 。 94 , 900, 918, 954, 976, 998]
Heap_sort [34, 49, 63, 67, 71, 72, 75, 120, 128, 181, 185, 191, 202, 217, 241, 257, 259, 260, 289, 293, 295, 304, 311, 326, 362, 396, 401, 419, 423, 456, 525, 570, 618, 651, 701, 525, 570, 618, 651, 701, 1787, 17,757, 175 , 845, 885, 894, 900, 918, 954, 976, 998]
Quick_sort [34, 49, 63, 67, 71, 72, 75, 120, 128, 181, 71, 219, 127,271, 128, 2191, 19219, 271, 2719 。 74 , 813, 816, 845, 885, 894, 900, 918, 954, 976, 998]
gt; ，但是得明白會用會寫才行哈！Bubble_sort 耗時為： 0.0290870666504
結果為： [5, 45, 46, 63, 81, 83, 89, 89, 89, 90]
None#fInsert_sort# ： 0.0209808349609
結果為： [5, 45, 46, 63, 81, 83, 89, 89, 89, 90]
None
Select_sort 耗時為： 0.0259876251結果為, 45, 46, 63, 81, 83, 89, 89, 89, 90]
None
Merge_sort 耗時： 0.0138282775879
, 89, 89, 89, 90]
None
Shell_sort 耗時為： 0.113964080811
結果為： [5, 45, 46, 63, 81, 83, 89, 89, 89, 890]
None
Tong_sort 耗時為： 0.0460147857666
結果為： [5, 45, 46, 63, 81, 83, 89, 89, 89, 90]
None
Heap_sort 耗時為： 0.046968460083
結果為： [5, 45, 46, 63, 81, 83, 89, 89, 89, 90]
None
Quick_sort [5, 45, 46, 63, #None
Quick_sort [5, 45, 46, 63, #None
Quick_sort [5, 45, 46, 63, 1,83, 89, 89, 89, 90]
--------------------------------------- --------------------------------------
a7fef6dad3f6f46d8aaa5a30d9d3575a 0.113964080811
5d483dc687629700a3010e8034aa4072 0.0259876251221
ec44b9df55412d733c95ca7225210884 0.02098083496083fltf > 0.046968460083
e71732ab9dfae538a161954ae232c697 0.0138282775879
017bd181061fb8773bc778360a4b49f6 0.0460147857666
0ca55b262fe64198d51ff1fcaa00bd19 0.0290870666504460147857666
0ca55b262fe64198d51ff1fcaa00bd19 0.0290870666504
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