一道数据结构内排序题,请问怎样分析各种排序的空间复杂度?求较为详细的解释,谢谢

归并排序是一个时间复杂度为O(nlogn)的排序算法

归并排序的核心思想如下:
如果要排序一个数组先把数组从中间分成前后两部分,然后对前后两部分分别排序再将排好序的兩部分合并在一起,这样整个数组就都有序了

归并排序使用的就是分治思想。
分治顾名思义,就是分而治之将一个大问题分解成小嘚子问题来解决。
小的子问题解决了大问题也就解决了。

首先使用递归实现归并排序:

  • 如图所示申请一个临时数组 tmp,大小与 array[p…r]相同
  • 繼续上述比较过程,直到其中一个子数组中的所有数据都放入临时数组中再把另一个数组中的数据依次加入到临时数组的末尾,这个时候临时数组中存储的就是两个子数组合并之后的结果了。
  • 最后再把临时数组 tmp 中的数据拷贝到原数组 array[p…r] 中

eg:归并排序代码实现

//此时俩个数組均有元素 //判断当前还有哪个数组没有走完 //假如第二个小数组没有走完 //把剩余元素直接放置在temp数组即可 //将临时空间中已经合并好的数组拷貝回原数组
  • 在合并的过程中,如果 A[p…q] 和 A[q+1…r] 之间有值相同的元素那我们可以像伪代码中那样,先把A[p…q] 中的元素放入 tmp 数组这样就保证了值楿同的元素,在合并前后的先后顺序不变所以,归并排序是一个稳定的排序算法
  • 归并排序的时间复杂度是 O(nlogn)
    从我们的原理分析和伪代码鈳以看出,归并排序的执行效率与要排序的原始数组的有序程度无关所以其时间复杂度是非常稳定的,不管是最好情况、最坏情况还昰平均情况,时间复杂度都是 O(nlogn)
  • 每次合并操作都需要申请额外的内存空间,但在合并完成之后临时开辟的内存空间就被释放掉了。在任意时刻CPU 只会有一个函数在执行,也就只会有一个临时的内存空间在使用临时内存空间最大也不会超过 n 个数据的大小,所以空间复杂度昰 O(n)
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算法复杂度分为时间复杂度和空间复杂度。时间复杂度是指执行算法所需要的计算笁作量;而空间复杂度是指执行这个算法所需要的内存空间

在介绍时间复杂度之前,先引入时间频度的概念:

一个算法执行所耗费的时間从理论上是不能算出来的,必须上机运行测试才能知道但我们不可能也没有必要对每个算法都上机测试,只需知道哪个算法花费的時间多哪个算法花费的时间少就可以了。

每个算法花费的时间与算法中语句的执行次数成正比哪个算法中语句执行次数多,它花费时間就多一个算法中的语句执行次数称为语句频度或时间频度,记为T(n)n称为问题的规模,当n不断变化时时间频度T(n)也会不断变化。

一般情況下算法中基本操作重复执行的次数是问题规模n的某个函数,用T(n)表示若有某个辅助函数f(n),使得当n趋近于无穷大时T(n) / f(n) 的极限值为不等于零的常数,则称f(n)是T(n)的同数量级函数记作T(n) = O( f(n) ),称O( f(n) )为算法的渐进时间复杂度简称时间复杂度。

一般描述时间复杂度有如下几个数量级(见丅表):

比如常数级别,算法的执行时间不随着问题规模n的增加而增长即使算法中有上千条语句,其执行时间也不过是一个较大的常数此类算法的时间复杂度是O(1)。

虽然这个程序运行了循环110次但是这个程序和n无关,它只是一个常数阶的函数所以时间复杂度是O(1)。

再比如線性级别、平方级别和立方级别当有若干个循环语句时,算法的时间复杂度由循环语句中的嵌套层数决定一个循环,时间复杂度是O(n)兩个循环,时间复杂度就是O(n2)三个循环,时间复杂度就是O(n3)

表中的这些增长数量级并不是一个准确的性能评价,但是可以理解为一个近似徝时间的增长近似于logN、NlogN的曲线,见下图可以看到随着问题规模的增加,不同级别的运行时间有很大的差异

空间复杂度是对一个算法茬运行过程中临时占用存储空间大小的量度,记做S(n)=O( f(n) )其中n为问题的规模。比如直接插入排序的空间复杂度是O(1) ;而一般的递归算法就要有O(n)的涳间复杂度了因为每次递归都要存储返回信息。利用程序的空间复杂度可以对程序的运行所需要的内存多少有个预先估计。

假定在待排序的记录序列中存在多个具有相同的关键字的记录,若经过排序这些记录的相对次序保持不变,即在原序列中ri = rj,且ri在rj之前而在排序后的序列中,ri仍在rj之前则称这种排序算法是稳定的;否则称为不稳定的。

四、各种排序的时间复杂度、空间复杂度和稳定性总结

注:基数排序的复杂度中r代表关键字的基数,d代表长度n代表关键字的个数。

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对长度为n的关键字序列进行堆排序的空间复杂度为()A.O(log2n)B.O(1)C.O(n)D.O(n*log2n)答案是B按照书上堆排序的空间复杂度是D这点我有些不理解... 对长度为n的关键字序列进行堆排序的空间复杂度为()
答案是B,按照书上堆排序的空间复杂度是D

注意是“空间复杂度”指占内存大小堆排序每次只对一个元素操作,是就地排序所用辅助空间O(1)。

书上说错了D是时间复杂度


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