mirror of
https://github.com/krahets/hello-algo.git
synced 2026-07-15 08:26:06 +00:00
build
This commit is contained in:
@@ -6,7 +6,7 @@ comments: true
|
||||
|
||||
<u>Сортировка пузырьком (bubble sort)</u> реализует сортировку путем последовательного сравнения и обмена соседних элементов. Этот процесс напоминает всплытие пузырьков снизу вверх, откуда и произошло название алгоритма.
|
||||
|
||||
Как показано на рисунке 11-4, процесс "всплытия" можно смоделировать через операцию обмена элементов: начиная от левого края массива и двигаясь вправо, мы последовательно сравниваем соседние элементы и, если "левый элемент > правый элемент", меняем их местами. После завершения прохода максимальный элемент будет перемещен в самый правый конец массива.
|
||||
Как показано на рисунке 11-4, процесс «всплытия» можно смоделировать через операцию обмена элементов: начиная от левого края массива и двигаясь вправо, мы последовательно сравниваем соседние элементы и, если «левый элемент > правый элемент», меняем их местами. После завершения прохода максимальный элемент будет перемещен в самый правый конец массива.
|
||||
|
||||
=== "<1>"
|
||||
{ class="animation-figure" }
|
||||
@@ -33,11 +33,11 @@ comments: true
|
||||
|
||||
## 11.3.1 Алгоритм
|
||||
|
||||
Пусть длина массива равна $n$ ; тогда шаги сортировки пузырьком показаны на рисунке 11-5.
|
||||
Пусть длина массива равна $n$. Тогда шаги сортировки пузырьком показаны на рисунке 11-5.
|
||||
|
||||
1. Сначала выполнить один проход "всплытия" по $n$ элементам, **переместив максимальный элемент массива на правильную позицию**.
|
||||
2. Затем выполнить "всплытие" по оставшимся $n - 1$ элементам, **переместив второй по величине элемент на правильную позицию**.
|
||||
3. Продолжать по аналогии; после $n - 1$ раундов "всплытия" **первые $n - 1$ по величине элементы окажутся на правильных позициях**.
|
||||
1. Сначала выполнить один проход «всплытия» по $n$ элементам, **переместив максимальный элемент массива на правильную позицию**.
|
||||
2. Затем выполнить «всплытие» по оставшимся $n - 1$ элементам, **переместив второй по величине элемент на правильную позицию**.
|
||||
3. Продолжать по аналогии. После $n - 1$ раундов «всплытия» **первые $n - 1$ по величине элементы окажутся на правильных позициях**.
|
||||
4. Оставшийся единственный элемент обязательно является минимальным, сортировать его уже не нужно, поэтому сортировка завершена.
|
||||
|
||||
{ class="animation-figure" }
|
||||
@@ -297,9 +297,9 @@ comments: true
|
||||
|
||||
## 11.3.2 Оптимизация эффективности
|
||||
|
||||
Если в каком-либо раунде "всплытия" не произошло ни одного обмена, значит, массив уже отсортирован и можно сразу вернуть результат. Поэтому можно добавить флаг `flag` для отслеживания этой ситуации и немедленного выхода.
|
||||
Если в каком-либо раунде «всплытия» не произошло ни одного обмена, значит, массив уже отсортирован и можно сразу вернуть результат. Поэтому можно добавить флаг `flag` для отслеживания этой ситуации и немедленного выхода.
|
||||
|
||||
После такой оптимизации худшая и средняя временные сложности сортировки пузырьком по-прежнему равны $O(n^2)$ ; однако если входной массив уже полностью упорядочен, достигается лучшая временная сложность $O(n)$ .
|
||||
После такой оптимизации худшая и средняя временные сложности сортировки пузырьком по-прежнему равны $O(n^2)$. Однако если входной массив уже полностью упорядочен, достигается лучшая временная сложность $O(n)$ .
|
||||
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
@@ -617,6 +617,6 @@ comments: true
|
||||
|
||||
## 11.3.3 Характеристики алгоритма
|
||||
|
||||
- **Временная сложность равна $O(n^2)$, алгоритм адаптивен**: длины диапазонов, проходящих "всплытие" в разных раундах, последовательно равны $n - 1$, $n - 2$, $\dots$, $2$, $1$ , а их сумма равна $(n - 1) n / 2$ . После добавления оптимизации с `flag` лучшая временная сложность может достигать $O(n)$ .
|
||||
- **Временная сложность равна $O(n^2)$, алгоритм адаптивен**: длины диапазонов, проходящих «всплытие» в разных раундах, последовательно равны $n - 1$, $n - 2$, $\dots$, $2$, $1$ , а их сумма равна $(n - 1) n / 2$ . После добавления оптимизации с `flag` лучшая временная сложность может достигать $O(n)$ .
|
||||
- **Пространственная сложность равна $O(1)$, сортировка выполняется на месте**: указатели $i$ и $j$ используют константный объем дополнительной памяти.
|
||||
- **Стабильная сортировка**: поскольку при "всплытии" равные элементы не обмениваются местами.
|
||||
- **Стабильная сортировка**: поскольку при «всплытии» равные элементы не обмениваются местами.
|
||||
|
||||
@@ -4,9 +4,9 @@ comments: true
|
||||
|
||||
# 11.8 Блочная сортировка
|
||||
|
||||
Рассмотренные выше алгоритмы сортировки относятся к "сортировкам на основе сравнений": они упорядочивают данные, сравнивая элементы друг с другом. Временная сложность таких алгоритмов не может быть лучше $O(n \log n)$ . Далее мы рассмотрим несколько "сортировок без сравнений", чья временная сложность может достигать линейного порядка.
|
||||
Рассмотренные выше алгоритмы сортировки относятся к «сортировкам на основе сравнений»: они упорядочивают данные, сравнивая элементы друг с другом. Временная сложность таких алгоритмов не может быть лучше $O(n \log n)$ . Далее мы рассмотрим несколько «сортировок без сравнений», чья временная сложность может достигать линейного порядка.
|
||||
|
||||
<u>Блочная сортировка (bucket sort)</u> является типичным применением стратегии "разделяй и властвуй". Она создает набор упорядоченных по величине блоков, где каждый блок соответствует определенному диапазону данных; затем элементы равномерно распределяются по этим блокам, внутри каждого блока отдельно выполняется сортировка, а в конце результаты объединяются в порядке блоков.
|
||||
<u>Блочная сортировка (bucket sort)</u> является типичным применением стратегии «разделяй и властвуй». Она создает набор упорядоченных по величине блоков, где каждый блок соответствует определенному диапазону данных. Затем элементы равномерно распределяются по этим блокам, внутри каждого блока отдельно выполняется сортировка, а в конце результаты объединяются в порядке блоков.
|
||||
|
||||
## 11.8.1 Алгоритм
|
||||
|
||||
@@ -452,11 +452,11 @@ comments: true
|
||||
|
||||
## 11.8.3 Как добиться равномерного распределения
|
||||
|
||||
Теоретически временная сложность блочной сортировки может достигать $O(n)$ ; **ключ к этому - как можно более равномерно распределить элементы по блокам**. На практике данные часто распределены неравномерно. Например, если нужно распределить все товары на маркетплейсе по 10 ценовым блокам, количество товаров дешевле 100 рублей может быть очень большим, а товаров дороже 1000 рублей - очень маленьким. Если просто разбить диапазон цен на 10 равных частей, число товаров в каждом блоке будет сильно различаться.
|
||||
Теоретически временная сложность блочной сортировки может достигать $O(n)$. **Ключ к этому - как можно более равномерно распределить элементы по блокам**. На практике данные часто распределены неравномерно. Например, если нужно распределить все товары на маркетплейсе по 10 ценовым блокам, количество товаров дешевле 100 рублей может быть очень большим, а товаров дороже 1000 рублей - очень маленьким. Если просто разбить диапазон цен на 10 равных частей, число товаров в каждом блоке будет сильно различаться.
|
||||
|
||||
Чтобы добиться более равномерного распределения, можно сначала задать грубую линию раздела и приблизительно распределить данные по 3 блокам. **После этого блоки с большим числом товаров можно снова делить на 3 блока и продолжать процесс до тех пор, пока число элементов в каждом блоке не станет примерно одинаковым**.
|
||||
|
||||
Как показано на рисунке 11-14, по сути этот метод строит рекурсивное дерево, цель которого - сделать значения в листьях как можно более равномерными. Конечно, совсем не обязательно каждый раз делить данные именно на 3 блока; конкретную схему разбиения можно выбирать в зависимости от свойств данных.
|
||||
Как показано на рисунке 11-14, по сути этот метод строит рекурсивное дерево, цель которого - сделать значения в листьях как можно более равномерными. Конечно, совсем не обязательно каждый раз делить данные именно на 3 блока. Конкретную схему разбиения можно выбирать в зависимости от свойств данных.
|
||||
|
||||
{ class="animation-figure" }
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -8,10 +8,10 @@ comments: true
|
||||
|
||||
## 11.9.1 Простая реализация
|
||||
|
||||
Сначала рассмотрим простой пример. Дан массив `nums` длины $n$ , элементы которого являются "неотрицательными целыми числами". Общий процесс сортировки подсчетом показан на рисунке 11-16.
|
||||
Сначала рассмотрим простой пример. Дан массив `nums` длины $n$ , элементы которого являются «неотрицательными целыми числами». Общий процесс сортировки подсчетом показан на рисунке 11-16.
|
||||
|
||||
1. Пройти по массиву, найти в нем максимальное число, обозначить его как $m$ , а затем создать вспомогательный массив `counter` длины $m + 1$ .
|
||||
2. **С помощью `counter` подсчитать, сколько раз каждое число встречается в `nums`**; при этом `counter[num]` хранит число вхождений значения `num` . Делается это просто: достаточно пройти по `nums` (пусть текущее число равно `num` ) и на каждом шаге увеличить `counter[num]` на $1$ .
|
||||
2. **С помощью `counter` подсчитать, сколько раз каждое число встречается в `nums`**. При этом `counter[num]` хранит число вхождений значения `num` . Делается это просто: достаточно пройти по `nums` (пусть текущее число равно `num` ) и на каждом шаге увеличить `counter[num]` на $1$ .
|
||||
3. **Поскольку индексы массива `counter` изначально упорядочены, можно считать, что все числа уже отсортированы**. Далее остается пройти по `counter` и в соответствии с числом вхождений записать значения обратно в `nums` в порядке возрастания.
|
||||
|
||||
{ class="animation-figure" }
|
||||
@@ -374,7 +374,7 @@ comments: true
|
||||
|
||||
Внимательный читатель мог заметить, что **если входные данные представлены объектами, то описанный выше шаг `3.` перестает работать**. Например, если входными данными являются объекты товаров и мы хотим отсортировать их по цене (полю класса), то описанный алгоритм сможет выдать только отсортированный ряд цен, но не исходные объекты в нужном порядке.
|
||||
|
||||
Как же получить корректный порядок исходных данных? Сначала вычислим "префиксную сумму" массива `counter` . Как следует из названия, префиксная сумма в индексе `i` , обозначаемая как `prefix[i]` , равна сумме первых `i` элементов массива:
|
||||
Как же получить корректный порядок исходных данных? Сначала вычислим «префиксную сумму» массива `counter` . Как следует из названия, префиксная сумма в индексе `i` , обозначаемая как `prefix[i]` , равна сумме первых `i` элементов массива:
|
||||
|
||||
$$
|
||||
\text{prefix}[i] = \sum_{j=0}^i \text{counter[j]}
|
||||
@@ -385,7 +385,7 @@ $$
|
||||
1. Записать `num` в массив `res` по индексу `prefix[num] - 1` .
|
||||
2. Уменьшить префиксную сумму `prefix[num]` на $1$ , чтобы получить индекс следующего размещения элемента `num` .
|
||||
|
||||
После завершения прохода массив `res` будет содержать отсортированный результат; остается только переписать `res` обратно в `nums` . Полный процесс сортировки подсчетом показан на рисунке 11-17.
|
||||
После завершения прохода массив `res` будет содержать отсортированный результат. Остается только переписать `res` обратно в `nums` . Полный процесс сортировки подсчетом показан на рисунке 11-17.
|
||||
|
||||
=== "<1>"
|
||||
{ class="animation-figure" }
|
||||
@@ -886,7 +886,7 @@ $$
|
||||
|
||||
- **Временная сложность равна $O(n + m)$, алгоритм не является адаптивным** : необходимо пройти по `nums` и по `counter` , а оба этих прохода занимают линейное время. Обычно выполняется $n \gg m$ , поэтому временная сложность стремится к $O(n)$ .
|
||||
- **Пространственная сложность равна $O(n + m)$, сортировка не выполняется на месте**: используются массивы `res` и `counter` длины $n$ и $m$ соответственно.
|
||||
- **Стабильная сортировка**: порядок заполнения `res` идет "справа налево", поэтому обратный проход по `nums` позволяет сохранить относительный порядок равных элементов и тем самым реализовать стабильную сортировку. Вообще говоря, прямой проход по `nums` тоже даст правильный результат сортировки, но он будет нестабильным.
|
||||
- **Стабильная сортировка**: порядок заполнения `res` идет «справа налево», поэтому обратный проход по `nums` позволяет сохранить относительный порядок равных элементов и тем самым реализовать стабильную сортировку. Вообще говоря, прямой проход по `nums` тоже даст правильный результат сортировки, но он будет нестабильным.
|
||||
|
||||
## 11.9.4 Ограничения
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -6,18 +6,18 @@ comments: true
|
||||
|
||||
!!! tip
|
||||
|
||||
Перед чтением этого раздела убедитесь, что вы уже изучили главу "Куча".
|
||||
Перед чтением этого раздела убедитесь, что вы уже изучили главу «Куча».
|
||||
|
||||
<u>Пирамидальная сортировка (heap sort)</u> - это эффективный алгоритм сортировки, основанный на структуре данных "куча". Для его реализации можно использовать уже изученные нами "построение кучи" и "извлечение элементов из кучи".
|
||||
<u>Пирамидальная сортировка (heap sort)</u> - это эффективный алгоритм сортировки, основанный на структуре данных «куча». Для его реализации можно использовать уже изученные нами «построение кучи» и «извлечение элементов из кучи».
|
||||
|
||||
1. Подать на вход массив и построить из него мин-кучу; в этот момент минимальный элемент будет находиться в вершине кучи.
|
||||
1. Подать на вход массив и построить из него мин-кучу. В этот момент минимальный элемент будет находиться в вершине кучи.
|
||||
2. Непрерывно выполнять извлечение из кучи и по порядку записывать извлеченные элементы - так получится последовательность, отсортированная по возрастанию.
|
||||
|
||||
Хотя этот метод и работоспособен, он требует дополнительного массива для хранения извлеченных элементов и потому расходует лишнюю память. На практике обычно используют более изящную реализацию.
|
||||
|
||||
## 11.7.1 Алгоритм
|
||||
|
||||
Пусть длина массива равна $n$ ; тогда процесс пирамидальной сортировки показан на рисунке 11-12.
|
||||
Пусть длина массива равна $n$. Тогда процесс пирамидальной сортировки показан на рисунке 11-12.
|
||||
|
||||
1. Подать на вход массив и построить из него макс-кучу. После этого максимальный элемент окажется в вершине кучи.
|
||||
2. Обменять элемент в вершине кучи (первый элемент) с элементом внизу кучи (последний элемент). После обмена длина кучи уменьшается на $1$ , а число уже отсортированных элементов увеличивается на $1$ .
|
||||
@@ -66,7 +66,7 @@ comments: true
|
||||
|
||||
<p align="center"> Рисунок 11-12 Шаги пирамидальной сортировки </p>
|
||||
|
||||
В коде используется та же функция просеивания сверху вниз `sift_down()`, что и в главе "Куча". Важно помнить, что длина кучи уменьшается по мере извлечения максимального элемента, поэтому функции `sift_down()` нужно передавать параметр длины $n$ , чтобы указать текущую действительную длину кучи. Код приведен ниже:
|
||||
В коде используется та же функция просеивания сверху вниз `sift_down()`, что и в главе «Куча». Важно помнить, что длина кучи уменьшается по мере извлечения максимального элемента, поэтому функции `sift_down()` нужно передавать параметр длины $n$ , чтобы указать текущую действительную длину кучи. Код приведен ниже:
|
||||
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -10,7 +10,7 @@ icon: material/sort-ascending
|
||||
!!! abstract
|
||||
|
||||
Сортировка упорядочивает хаотичные данные и позволяет быстрее находить закономерности.
|
||||
|
||||
|
||||
За кажущейся простотой скрывается целая группа алгоритмов с разными достоинствами и ограничениями.
|
||||
|
||||
## Содержание главы
|
||||
|
||||
@@ -8,7 +8,7 @@ comments: true
|
||||
|
||||
Точнее говоря, в неотсортированном диапазоне выбирается опорный элемент, после чего он сравнивается с элементами слева в уже отсортированном диапазоне и вставляется в правильную позицию.
|
||||
|
||||
На рисунке 11-6 показан процесс вставки элемента в массив. Пусть опорный элемент обозначен как `base` ; нам нужно сдвинуть все элементы от целевого индекса до `base` на одну позицию вправо, а затем записать `base` в целевой индекс.
|
||||
На рисунке 11-6 показан процесс вставки элемента в массив. Пусть опорный элемент обозначен как `base`. Нам нужно сдвинуть все элементы от целевого индекса до `base` на одну позицию вправо, а затем записать `base` в целевой индекс.
|
||||
|
||||
{ class="animation-figure" }
|
||||
|
||||
@@ -19,9 +19,9 @@ comments: true
|
||||
Общий процесс сортировки вставками показан на рисунке 11-7.
|
||||
|
||||
1. В начальном состоянии отсортирован только первый элемент массива.
|
||||
2. Выбрать второй элемент массива как `base` ; после вставки в правильную позицию **первые два элемента массива окажутся отсортированными**.
|
||||
3. Выбрать третий элемент как `base` ; после вставки в правильную позицию **первые три элемента массива окажутся отсортированными**.
|
||||
4. Продолжать по аналогии; в последнем раунде в качестве `base` берется последний элемент, и после его вставки **все элементы массива будут отсортированы**.
|
||||
2. Выбрать второй элемент массива как `base`. После вставки в правильную позицию **первые два элемента массива окажутся отсортированными**.
|
||||
3. Выбрать третий элемент как `base`. После вставки в правильную позицию **первые три элемента массива окажутся отсортированными**.
|
||||
4. Продолжать по аналогии. В последнем раунде в качестве `base` берется последний элемент, и после его вставки **все элементы массива будут отсортированы**.
|
||||
|
||||
{ class="animation-figure" }
|
||||
|
||||
@@ -285,12 +285,12 @@ comments: true
|
||||
|
||||
Временная сложность сортировки вставками равна $O(n^2)$ , а у быстрой сортировки, которую мы скоро изучим, временная сложность равна $O(n \log n)$ . Несмотря на более высокую асимптотическую сложность, **на малых объемах данных сортировка вставками обычно работает быстрее**.
|
||||
|
||||
Этот вывод похож на сравнение линейного и двоичного поиска. Алгоритмы уровня $O(n \log n)$ , такие как быстрая сортировка, относятся к алгоритмам на основе стратегии "разделяй и властвуй" и обычно включают больше элементарных вычислений. Когда объем данных мал, значения $n^2$ и $n \log n$ близки друг к другу, поэтому асимптотика не доминирует, а решающим становится число элементарных операций в каждом раунде.
|
||||
Этот вывод похож на сравнение линейного и двоичного поиска. Алгоритмы уровня $O(n \log n)$ , такие как быстрая сортировка, относятся к алгоритмам на основе стратегии «разделяй и властвуй» и обычно включают больше элементарных вычислений. Когда объем данных мал, значения $n^2$ и $n \log n$ близки друг к другу, поэтому асимптотика не доминирует, а решающим становится число элементарных операций в каждом раунде.
|
||||
|
||||
На практике встроенные функции сортировки во многих языках программирования (например, в Java) используют сортировку вставками. Общая идея такова: для длинных массивов применять алгоритмы сортировки на основе стратегии "разделяй и властвуй", например быструю сортировку; для коротких массивов сразу использовать сортировку вставками.
|
||||
На практике встроенные функции сортировки во многих языках программирования (например, в Java) используют сортировку вставками. Общая идея такова: для длинных массивов применять алгоритмы сортировки на основе стратегии «разделяй и властвуй», например быструю сортировку. Для коротких массивов сразу использовать сортировку вставками.
|
||||
|
||||
Хотя сортировка пузырьком, выбором и вставками имеют одинаковую временную сложность $O(n^2)$ , в реальных задачах **сортировка вставками используется заметно чаще, чем сортировка пузырьком и сортировка выбором**. Основные причины таковы.
|
||||
|
||||
- Сортировка пузырьком основана на обмене элементов, для чего нужна временная переменная и суммарно выполняются 3 элементарные операции; сортировка вставками основана на присваивании элементов и требует всего 1 элементарной операции. Поэтому **вычислительные затраты сортировки пузырьком обычно выше, чем у сортировки вставками**.
|
||||
- Сортировка пузырьком основана на обмене элементов, для чего нужна временная переменная и суммарно выполняются 3 элементарные операции. Сортировка вставками основана на присваивании элементов и требует всего 1 элементарной операции. Поэтому **вычислительные затраты сортировки пузырьком обычно выше, чем у сортировки вставками**.
|
||||
- Временная сложность сортировки выбором в любом случае равна $O(n^2)$ . **Если входные данные уже частично упорядочены, сортировка вставками обычно эффективнее сортировки выбором**.
|
||||
- Сортировка выбором нестабильна, поэтому ее нельзя использовать для многоуровневой сортировки.
|
||||
|
||||
@@ -4,10 +4,10 @@ comments: true
|
||||
|
||||
# 11.6 Сортировка слиянием
|
||||
|
||||
<u>Сортировка слиянием (merge sort)</u> - это алгоритм сортировки, основанный на стратегии "разделяй и властвуй", который включает этапы "разделения" и "слияния", показанные на рисунке 11-10.
|
||||
<u>Сортировка слиянием (merge sort)</u> - это алгоритм сортировки, основанный на стратегии «разделяй и властвуй», который включает этапы «разделения» и «слияния», показанные на рисунке 11-10.
|
||||
|
||||
1. **Этап разделения**: массив рекурсивно делится пополам, и задача сортировки длинного массива превращается в задачи сортировки более коротких массивов.
|
||||
2. **Этап слияния**: когда длина подмассива становится равной 1, разделение завершается и начинается слияние; два коротких упорядоченных массива непрерывно объединяются в один более длинный упорядоченный массив, пока процесс не завершится.
|
||||
2. **Этап слияния**: когда длина подмассива становится равной 1, разделение завершается и начинается слияние. Два коротких упорядоченных массива непрерывно объединяются в один более длинный упорядоченный массив, пока процесс не завершится.
|
||||
|
||||
{ class="animation-figure" }
|
||||
|
||||
@@ -15,12 +15,12 @@ comments: true
|
||||
|
||||
## 11.6.1 Алгоритм
|
||||
|
||||
Как показано на рисунке 11-11, на этапе "разделения" массив рекурсивно разбивается сверху вниз по середине на два подмассива.
|
||||
Как показано на рисунке 11-11, на этапе «разделения» массив рекурсивно разбивается сверху вниз по середине на два подмассива.
|
||||
|
||||
1. Вычислить середину массива `mid` и рекурсивно разделить левый подмассив (интервал `[left, mid]` ) и правый подмассив (интервал `[mid + 1, right]` ).
|
||||
2. Рекурсивно повторять шаг `1.` , пока длина подмассива не станет равной 1.
|
||||
|
||||
Этап "слияния" снизу вверх объединяет левый и правый подмассивы в один упорядоченный массив. Следует заметить, что начиная с подмассивов длины 1, каждый подмассив в фазе слияния уже является упорядоченным.
|
||||
Этап «слияния» снизу вверх объединяет левый и правый подмассивы в один упорядоченный массив. Следует заметить, что начиная с подмассивов длины 1, каждый подмассив в фазе слияния уже является упорядоченным.
|
||||
|
||||
=== "<1>"
|
||||
{ class="animation-figure" }
|
||||
@@ -694,7 +694,7 @@ comments: true
|
||||
|
||||
Для связных списков сортировка слиянием имеет заметное преимущество перед другими алгоритмами сортировки: **пространственную сложность задачи сортировки списка можно оптимизировать до $O(1)$**.
|
||||
|
||||
- **Этап разделения**: работу по разбиению списка можно реализовать с помощью "итерации" вместо "рекурсии", тем самым устранив расход памяти на стек вызовов.
|
||||
- **Этап разделения**: работу по разбиению списка можно реализовать с помощью «итерации» вместо «рекурсии», тем самым устранив расход памяти на стек вызовов.
|
||||
- **Этап слияния**: в связном списке добавление и удаление узлов требует только изменения ссылок (указателей), поэтому при слиянии двух коротких упорядоченных списков в один длинный упорядоченный список не нужно создавать дополнительный список.
|
||||
|
||||
Детали реализации достаточно сложны; заинтересованные читатели могут обратиться к соответствующим материалам самостоятельно.
|
||||
Детали реализации достаточно сложны. Заинтересованные читатели могут обратиться к соответствующим материалам самостоятельно.
|
||||
|
||||
@@ -4,9 +4,9 @@ comments: true
|
||||
|
||||
# 11.5 Быстрая сортировка
|
||||
|
||||
<u>Быстрая сортировка (quick sort)</u> - это алгоритм сортировки, основанный на стратегии "разделяй и властвуй"; он работает эффективно и применяется очень широко.
|
||||
<u>Быстрая сортировка (quick sort)</u> - это алгоритм сортировки, основанный на стратегии «разделяй и властвуй». Он работает эффективно и применяется очень широко.
|
||||
|
||||
Ключевая операция быстрой сортировки - это "разделение с опорным элементом". Ее цель такова: выбрать некоторый элемент массива в качестве "опорного" и переместить все элементы меньше опорного влево от него, а все элементы больше опорного - вправо. Конкретный процесс показан на рисунке 11-8.
|
||||
Ключевая операция быстрой сортировки - это «разделение с опорным элементом». Ее цель такова: выбрать некоторый элемент массива в качестве «опорного» и переместить все элементы меньше опорного влево от него, а все элементы больше опорного - вправо. Конкретный процесс показан на рисунке 11-8.
|
||||
|
||||
1. Выбрать самый левый элемент массива как опорный и инициализировать два указателя `i` и `j` , направленные на левую и правую границы массива.
|
||||
2. Запустить цикл, в котором `i` и `j` ищут соответственно первый элемент, больший опорного, и первый элемент, меньший опорного, после чего эти два элемента меняются местами.
|
||||
@@ -41,7 +41,7 @@ comments: true
|
||||
|
||||
<p align="center"> Рисунок 11-8 Шаги разделения с опорным элементом </p>
|
||||
|
||||
После завершения разделения исходный массив разбивается на три части: левый подмассив, опорный элемент и правый подмассив; при этом выполняется условие "любой элемент левого подмассива $\leq$ опорный элемент $\leq$ любой элемент правого подмассива". Следовательно, далее нам нужно лишь отсортировать эти два подмассива.
|
||||
После завершения разделения исходный массив разбивается на три части: левый подмассив, опорный элемент и правый подмассив. При этом выполняется условие «любой элемент левого подмассива $\leq$ опорный элемент $\leq$ любой элемент правого подмассива». Следовательно, далее нам нужно лишь отсортировать эти два подмассива.
|
||||
|
||||
!!! note "Стратегия разделяй и властвуй в быстрой сортировке"
|
||||
|
||||
@@ -375,9 +375,9 @@ comments: true
|
||||
|
||||
Общий процесс быстрой сортировки показан на рисунке 11-9.
|
||||
|
||||
1. Сначала выполнить "разделение с опорным элементом" для исходного массива и получить неотсортированные левый и правый подмассивы.
|
||||
2. Затем рекурсивно выполнить "разделение с опорным элементом" для левого и правого подмассивов.
|
||||
3. Продолжать рекурсию до тех пор, пока длина подмассива не станет равной 1; после этого сортировка всего массива будет завершена.
|
||||
1. Сначала выполнить «разделение с опорным элементом» для исходного массива и получить неотсортированные левый и правый подмассивы.
|
||||
2. Затем рекурсивно выполнить «разделение с опорным элементом» для левого и правого подмассивов.
|
||||
3. Продолжать рекурсию до тех пор, пока длина подмассива не станет равной 1. После этого сортировка всего массива будет завершена.
|
||||
|
||||
{ class="animation-figure" }
|
||||
|
||||
@@ -600,27 +600,27 @@ comments: true
|
||||
|
||||
## 11.5.2 Характеристики алгоритма
|
||||
|
||||
- **Временная сложность равна $O(n \log n)$, алгоритм не является адаптивным**: в среднем глубина рекурсии при разделении равна $\log n$ , а суммарное число циклов на каждом уровне равно $n$ , поэтому общая сложность составляет $O(n \log n)$ . В худшем случае каждое разделение делит массив длины $n$ на подмассивы длины $0$ и $n - 1$ ; тогда глубина рекурсии достигает $n$ , на каждом уровне выполняется $n$ операций, и общая временная сложность вырождается в $O(n^2)$ .
|
||||
- **Временная сложность равна $O(n \log n)$, алгоритм не является адаптивным**: в среднем глубина рекурсии при разделении равна $\log n$ , а суммарное число циклов на каждом уровне равно $n$ , поэтому общая сложность составляет $O(n \log n)$ . В худшем случае каждое разделение делит массив длины $n$ на подмассивы длины $0$ и $n - 1$. Тогда глубина рекурсии достигает $n$ , на каждом уровне выполняется $n$ операций, и общая временная сложность вырождается в $O(n^2)$ .
|
||||
- **Пространственная сложность равна $O(n)$, сортировка выполняется на месте**: если входной массив полностью отсортирован в обратном порядке, глубина рекурсии достигает худшего случая $n$ , что требует $O(n)$ памяти под стек вызовов. При этом сама сортировка выполняется в исходном массиве без дополнительного массива.
|
||||
- **Нестабильная сортировка**: на последнем шаге разделения опорный элемент может быть обменян вправо от равного ему элемента.
|
||||
|
||||
## 11.5.3 Почему быстрая сортировка быстрая
|
||||
|
||||
Уже по названию понятно, что быстрая сортировка должна иметь преимущества по эффективности. Хотя ее средняя временная сложность совпадает со сложностью "сортировки слиянием" и "пирамидальной сортировки", на практике быстрая сортировка обычно работает быстрее. Основные причины таковы.
|
||||
Уже по названию понятно, что быстрая сортировка должна иметь преимущества по эффективности. Хотя ее средняя временная сложность совпадает со сложностью «сортировки слиянием» и «пирамидальной сортировки», на практике быстрая сортировка обычно работает быстрее. Основные причины таковы.
|
||||
|
||||
- **Вероятность худшего случая очень мала**: хотя худшая временная сложность быстрой сортировки равна $O(n^2)$ и она не так стабильна, как сортировка слиянием, в подавляющем большинстве случаев она работает за $O(n \log n)$ .
|
||||
- **Высокая эффективность использования кэша**: при выполнении разделения система может загрузить весь подмассив в кэш, поэтому доступ к элементам оказывается быстрым. Алгоритмы вроде "пирамидальной сортировки" требуют скачкообразного доступа к элементам и таким свойством не обладают.
|
||||
- **Небольшой константный множитель в сложности**: среди трех перечисленных алгоритмов у быстрой сортировки обычно меньше всего сравнений, присваиваний и обменов. Это похоже на причину, по которой "сортировка вставками" часто быстрее "сортировки пузырьком".
|
||||
- **Высокая эффективность использования кэша**: при выполнении разделения система может загрузить весь подмассив в кэш, поэтому доступ к элементам оказывается быстрым. Алгоритмы вроде «пирамидальной сортировки» требуют скачкообразного доступа к элементам и таким свойством не обладают.
|
||||
- **Небольшой константный множитель в сложности**: среди трех перечисленных алгоритмов у быстрой сортировки обычно меньше всего сравнений, присваиваний и обменов. Это похоже на причину, по которой «сортировка вставками» часто быстрее «сортировки пузырьком».
|
||||
|
||||
## 11.5.4 Оптимизация выбора опорного элемента
|
||||
|
||||
**На некоторых входных данных временная эффективность быстрой сортировки может ухудшаться**. Рассмотрим крайний случай: входной массив полностью отсортирован в обратном порядке. Поскольку в качестве опорного мы выбираем самый левый элемент, после разделения он будет обменян в самый правый конец массива, из-за чего длина левого подмассива станет $n - 1$ , а длина правого - $0$ . Если рекурсия будет продолжаться таким образом, то после каждого разделения один из подмассивов будет иметь длину $0$ , стратегия "разделяй и властвуй" потеряет смысл, а быстрая сортировка выродится в нечто близкое к "сортировке пузырьком".
|
||||
**На некоторых входных данных временная эффективность быстрой сортировки может ухудшаться**. Рассмотрим крайний случай: входной массив полностью отсортирован в обратном порядке. Поскольку в качестве опорного мы выбираем самый левый элемент, после разделения он будет обменян в самый правый конец массива, из-за чего длина левого подмассива станет $n - 1$ , а длина правого - $0$ . Если рекурсия будет продолжаться таким образом, то после каждого разделения один из подмассивов будет иметь длину $0$ , стратегия «разделяй и властвуй» потеряет смысл, а быстрая сортировка выродится в нечто близкое к «сортировке пузырьком».
|
||||
|
||||
Чтобы по возможности избежать такого сценария, **можно улучшить стратегию выбора опорного элемента в процедуре разделения**. Например, можно выбирать случайный элемент массива как опорный. Однако если не повезет и каждый раз будет выбираться неудачный опорный элемент, производительность все равно останется неудовлетворительной.
|
||||
|
||||
Стоит учитывать, что языки программирования обычно генерируют псевдослучайные числа. Если специально построить тестовый пример под такую последовательность, эффективность быстрой сортировки все равно может деградировать.
|
||||
|
||||
Чтобы улучшить ситуацию, можно взять три кандидата (обычно первый, последний и средний элементы массива) и **использовать медиану этих трех значений как опорный элемент**. Благодаря этому вероятность того, что опорный элемент окажется "не слишком маленьким и не слишком большим", заметно возрастает. Конечно, можно брать и большее число кандидатов, чтобы еще сильнее повысить устойчивость алгоритма. После этого вероятность деградации временной сложности до $O(n^2)$ существенно уменьшается.
|
||||
Чтобы улучшить ситуацию, можно взять три кандидата (обычно первый, последний и средний элементы массива) и **использовать медиану этих трех значений как опорный элемент**. Благодаря этому вероятность того, что опорный элемент окажется «не слишком маленьким и не слишком большим», заметно возрастает. Конечно, можно брать и большее число кандидатов, чтобы еще сильнее повысить устойчивость алгоритма. После этого вероятность деградации временной сложности до $O(n^2)$ существенно уменьшается.
|
||||
|
||||
Пример кода:
|
||||
|
||||
@@ -1100,7 +1100,7 @@ comments: true
|
||||
|
||||
## 11.5.5 Оптимизация глубины рекурсии
|
||||
|
||||
**На некоторых входных данных быстрая сортировка может занимать слишком много памяти**. Рассмотрим полностью отсортированный входной массив. Пусть длина текущего подмассива в рекурсии равна $m$ ; тогда после каждого разделения будут получаться левый подмассив длины $0$ и правый подмассив длины $m - 1$ . Это означает, что на каждом уровне размер задачи уменьшается совсем немного (лишь на один элемент), а высота дерева рекурсии достигает $n - 1$ , поэтому требуется $O(n)$ памяти под стек вызовов.
|
||||
**На некоторых входных данных быстрая сортировка может занимать слишком много памяти**. Рассмотрим полностью отсортированный входной массив. Пусть длина текущего подмассива в рекурсии равна $m$. Тогда после каждого разделения будут получаться левый подмассив длины $0$ и правый подмассив длины $m - 1$ . Это означает, что на каждом уровне размер задачи уменьшается совсем немного (лишь на один элемент), а высота дерева рекурсии достигает $n - 1$ , поэтому требуется $O(n)$ памяти под стек вызовов.
|
||||
|
||||
Чтобы избежать накопления стековых кадров, после каждого разделения можно сравнивать длины двух подмассивов и **рекурсивно обрабатывать только более короткий из них**. Поскольку длина короткого подмассива не превысит $n / 2$ , такой подход гарантирует, что глубина рекурсии не превысит $\log n$ , а худшая пространственная сложность будет оптимизирована до $O(\log n)$ . Код приведен ниже:
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -4,7 +4,7 @@ comments: true
|
||||
|
||||
# 11.10 Поразрядная сортировка
|
||||
|
||||
В предыдущем разделе была рассмотрена сортировка подсчетом: она хорошо подходит для случаев, когда объем данных $n$ велик, а диапазон значений $m$ сравнительно мал. Предположим теперь, что нужно отсортировать $n = 10^6$ номеров студентов, причем каждый номер представляет собой $8$-значное число. Тогда диапазон данных $m = 10^8$ оказывается очень большим; сортировка подсчетом потребует огромного объема памяти, а поразрядная сортировка позволяет этого избежать.
|
||||
В предыдущем разделе была рассмотрена сортировка подсчетом: она хорошо подходит для случаев, когда объем данных $n$ велик, а диапазон значений $m$ сравнительно мал. Предположим теперь, что нужно отсортировать $n = 10^6$ номеров студентов, причем каждый номер представляет собой $8$-значное число. Тогда диапазон данных $m = 10^8$ оказывается очень большим. Сортировка подсчетом потребует огромного объема памяти, а поразрядная сортировка позволяет этого избежать.
|
||||
|
||||
<u>Поразрядная сортировка (radix sort)</u> по своей основной идее совпадает с сортировкой подсчетом и тоже реализует сортировку через подсчет количества. При этом поразрядная сортировка использует соотношение между разрядами числа и последовательно сортирует данные по каждому разряду, получая итоговый упорядоченный результат.
|
||||
|
||||
@@ -13,7 +13,7 @@ comments: true
|
||||
Рассмотрим пример со студенческими номерами: будем считать, что младший разряд имеет номер $1$ , а старший - номер $8$ . Тогда процесс поразрядной сортировки показан на рисунке 11-18.
|
||||
|
||||
1. Инициализировать номер разряда $k = 1$ .
|
||||
2. Выполнить "сортировку подсчетом" по $k$-му разряду студенческого номера. После этого данные будут упорядочены по $k$-му разряду по возрастанию.
|
||||
2. Выполнить «сортировку подсчетом» по $k$-му разряду студенческого номера. После этого данные будут упорядочены по $k$-му разряду по возрастанию.
|
||||
3. Увеличить $k$ на $1$ и вернуться к шагу `2.` , продолжая процесс, пока сортировка не будет выполнена для всех разрядов.
|
||||
|
||||
{ class="animation-figure" }
|
||||
@@ -737,4 +737,4 @@ $$
|
||||
|
||||
- **Временная сложность равна $O(nk)$, алгоритм не является адаптивным**: пусть объем данных равен $n$ , числа записаны в системе счисления с основанием $d$ , а максимальное число разрядов равно $k$ . Тогда выполнение сортировки подсчетом для одного разряда требует $O(n + d)$ времени, а сортировка по всем $k$ разрядам требует $O((n + d)k)$ времени. Обычно $d$ и $k$ сравнительно малы, поэтому временная сложность стремится к $O(n)$ .
|
||||
- **Пространственная сложность равна $O(n + d)$, сортировка не выполняется на месте**: как и в сортировке подсчетом, здесь требуются массивы `res` и `counter` длины $n$ и $d$ .
|
||||
- **Стабильная сортировка**: если сортировка подсчетом стабильна, то и поразрядная сортировка стабильна; если же сортировка подсчетом нестабильна, поразрядная сортировка не может гарантировать корректный результат.
|
||||
- **Стабильная сортировка**: если сортировка подсчетом стабильна, то и поразрядная сортировка стабильна. Если же сортировка подсчетом нестабильна, поразрядная сортировка не может гарантировать корректный результат.
|
||||
|
||||
@@ -6,7 +6,7 @@ comments: true
|
||||
|
||||
<u>Сортировка выбором (selection sort)</u> работает очень просто: запускается цикл, и на каждом шаге из неотсортированного диапазона выбирается минимальный элемент, после чего он переносится в конец уже отсортированного диапазона.
|
||||
|
||||
Пусть длина массива равна $n$ ; тогда процесс сортировки выбором выглядит так, как показано на рисунке 11-2.
|
||||
Пусть длина массива равна $n$. Тогда процесс сортировки выбором выглядит так, как показано на рисунке 11-2.
|
||||
|
||||
1. В начальном состоянии все элементы не отсортированы, то есть неотсортированный диапазон индексов равен $[0, n-1]$ .
|
||||
2. Выбрать минимальный элемент из диапазона $[0, n-1]$ и поменять его местами с элементом в позиции $0$ . После этого первый элемент массива отсортирован.
|
||||
@@ -331,7 +331,7 @@ comments: true
|
||||
|
||||
## 11.2.1 Характеристики алгоритма
|
||||
|
||||
- **Временная сложность равна $O(n^2)$, сортировка не является адаптивной**: внешний цикл выполняется $n - 1$ раз; в первом раунде длина неотсортированного диапазона равна $n$ , а в последнем - $2$ , то есть отдельные раунды содержат $n$, $n - 1$, $\dots$, $3$, $2$ проходов внутреннего цикла, их сумма равна $\frac{(n - 1)(n + 2)}{2}$ .
|
||||
- **Временная сложность равна $O(n^2)$, сортировка не является адаптивной**: внешний цикл выполняется $n - 1$ раз. В первом раунде длина неотсортированного диапазона равна $n$ , а в последнем - $2$ , то есть отдельные раунды содержат $n$, $n - 1$, $\dots$, $3$, $2$ проходов внутреннего цикла, их сумма равна $\frac{(n - 1)(n + 2)}{2}$ .
|
||||
- **Пространственная сложность равна $O(1)$, сортировка выполняется на месте**: указатели $i$ и $j$ используют константный объем дополнительной памяти.
|
||||
- **Нестабильная сортировка**: как показано на рисунке 11-3, элемент `nums[i]` может быть переставлен вправо от другого равного ему элемента, из-за чего их относительный порядок изменится.
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -43,7 +43,7 @@ comments: true
|
||||
|
||||
**Адаптивность**: <u>адаптивная сортировка</u> умеет использовать уже существующий порядок входных данных, чтобы сократить вычисления и добиться лучшей эффективности. Лучшая временная сложность адаптивных алгоритмов обычно лучше их средней временной сложности.
|
||||
|
||||
**Основанность на сравнении**: <u>сортировка на основе сравнений</u> использует операторы сравнения ($<$, $=$, $>$), чтобы определить относительный порядок элементов и отсортировать массив; ее теоретически лучшая временная сложность равна $O(n \log n)$ . А вот <u>сортировка без сравнений</u> не опирается на операторы сравнения, поэтому может достигать $O(n)$ , но универсальность у нее ниже.
|
||||
**Основанность на сравнении**: <u>сортировка на основе сравнений</u> использует операторы сравнения ($<$, $=$, $>$), чтобы определить относительный порядок элементов и отсортировать массив. Ее теоретически лучшая временная сложность равна $O(n \log n)$ . А вот <u>сортировка без сравнений</u> не опирается на операторы сравнения, поэтому может достигать $O(n)$ , но универсальность у нее ниже.
|
||||
|
||||
## 11.1.2 Идеальный алгоритм сортировки
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -9,9 +9,9 @@ comments: true
|
||||
- Сортировка пузырьком выполняет сортировку за счет обмена соседних элементов. Если добавить флаг для досрочного выхода, лучшую временную сложность пузырьковой сортировки можно оптимизировать до $O(n)$ .
|
||||
- Сортировка вставками на каждом раунде вставляет элемент из неотсортированного диапазона в правильную позицию внутри отсортированного диапазона. Хотя ее временная сложность равна $O(n^2)$ , она очень популярна для задач сортировки небольших массивов, поскольку число элементарных операций у нее сравнительно невелико.
|
||||
- Быстрая сортировка основана на операции разделения с опорным элементом. При неудачном выборе опорного элемента на каждом раунде ее временная сложность может деградировать до $O(n^2)$ . Использование медианы трех элементов или случайного опорного элемента уменьшает вероятность этой деградации. Если всегда рекурсивно обрабатывать более короткий поддиапазон первым, можно эффективно уменьшить глубину рекурсии и оптимизировать пространственную сложность до $O(\log n)$ .
|
||||
- Сортировка слиянием включает этапы разделения и слияния и служит типичным проявлением стратегии "разделяй и властвуй". Для сортировки массива ей требуется вспомогательный массив, поэтому пространственная сложность равна $O(n)$ ; однако при сортировке связного списка пространственную сложность можно оптимизировать до $O(1)$ .
|
||||
- Блочная сортировка включает три этапа: распределение данных по блокам, сортировку внутри блоков и объединение результатов. Она тоже отражает стратегию "разделяй и властвуй" и подходит для очень больших объемов данных. Ключ к эффективности блочной сортировки - равномерное распределение данных.
|
||||
- Сортировка подсчетом является частным случаем блочной сортировки; она реализует сортировку через подсчет числа вхождений данных. Сортировка подсчетом подходит для случаев, когда объем данных велик, но диапазон значений ограничен, и при этом данные можно преобразовать в положительные целые числа.
|
||||
- Сортировка слиянием включает этапы разделения и слияния и служит типичным проявлением стратегии «разделяй и властвуй». Для сортировки массива ей требуется вспомогательный массив, поэтому пространственная сложность равна $O(n)$. Однако при сортировке связного списка пространственную сложность можно оптимизировать до $O(1)$ .
|
||||
- Блочная сортировка включает три этапа: распределение данных по блокам, сортировку внутри блоков и объединение результатов. Она тоже отражает стратегию «разделяй и властвуй» и подходит для очень больших объемов данных. Ключ к эффективности блочной сортировки - равномерное распределение данных.
|
||||
- Сортировка подсчетом является частным случаем блочной сортировки. Она реализует сортировку через подсчет числа вхождений данных. Сортировка подсчетом подходит для случаев, когда объем данных велик, но диапазон значений ограничен, и при этом данные можно преобразовать в положительные целые числа.
|
||||
- Поразрядная сортировка выполняет сортировку данных путем последовательной сортировки по каждому разряду и требует, чтобы данные можно было представить в виде чисел фиксированной разрядности.
|
||||
- В общем случае нам хотелось бы найти алгоритм сортировки, который одновременно обладал бы высокой эффективностью, стабильностью, выполнением на месте и адаптивностью. Но, как и в других разделах алгоритмов и структур данных, не существует одного алгоритма сортировки, способного удовлетворить всем этим требованиям одновременно. На практике приходится выбирать подходящий алгоритм в зависимости от свойств данных.
|
||||
- На рисунке 11-19 сравниваются эффективность, стабильность, выполнение на месте и адаптивность основных алгоритмов сортировки.
|
||||
@@ -28,21 +28,21 @@ comments: true
|
||||
|
||||
Нетрудно увидеть, что в этом случае студенты D и C поменялись местами, порядок по имени разрушился, а именно этого мы и не хотим.
|
||||
|
||||
**В**: Можно ли поменять местами порядок "поиска справа налево" и "поиска слева направо" в разделении с опорным элементом?
|
||||
**В**: Можно ли поменять местами порядок «поиска справа налево» и «поиска слева направо» в разделении с опорным элементом?
|
||||
|
||||
Нет. Если в качестве опорного элемента выбирается самый левый элемент, необходимо сначала выполнять "поиск справа налево", а уже затем - "поиск слева направо". Этот вывод кажется немного неочевидным, поэтому разберем его подробнее.
|
||||
Нет. Если в качестве опорного элемента выбирается самый левый элемент, необходимо сначала выполнять «поиск справа налево», а уже затем - «поиск слева направо». Этот вывод кажется немного неочевидным, поэтому разберем его подробнее.
|
||||
|
||||
Последний шаг `partition()` - это обмен `nums[left]` и `nums[i]` . После обмена все элементы слева от опорного должны быть `<=` опорного, **а значит, перед этим обменом должно выполняться условие `nums[left] >= nums[i]`**. Если сначала выполнять "поиск слева направо", то в случае, когда не удается найти элемент больше опорного, **цикл завершится в состоянии `i == j` , и при этом может оказаться, что `nums[j] == nums[i] > nums[left]`**. Иными словами, на последнем шаге обмена элемент, больший опорного, будет помещен в начало массива, из-за чего разделение завершится неверно.
|
||||
Последний шаг `partition()` - это обмен `nums[left]` и `nums[i]` . После обмена все элементы слева от опорного должны быть `<=` опорного, **а значит, перед этим обменом должно выполняться условие `nums[left] >= nums[i]`**. Если сначала выполнять «поиск слева направо», то в случае, когда не удается найти элемент больше опорного, **цикл завершится в состоянии `i == j` , и при этом может оказаться, что `nums[j] == nums[i] > nums[left]`**. Иными словами, на последнем шаге обмена элемент, больший опорного, будет помещен в начало массива, из-за чего разделение завершится неверно.
|
||||
|
||||
Например, для массива `[0, 0, 0, 0, 1]` , если сначала выполнять "поиск слева направо", после разделения получится `[1, 0, 0, 0, 0]` , а это неправильный результат.
|
||||
Например, для массива `[0, 0, 0, 0, 1]` , если сначала выполнять «поиск слева направо», после разделения получится `[1, 0, 0, 0, 0]` , а это неправильный результат.
|
||||
|
||||
Если же выбрать `nums[right]` в качестве опорного элемента, то ситуация станет противоположной, и тогда сначала нужно выполнять "поиск слева направо".
|
||||
Если же выбрать `nums[right]` в качестве опорного элемента, то ситуация станет противоположной, и тогда сначала нужно выполнять «поиск слева направо».
|
||||
|
||||
**В**: Почему при оптимизации глубины рекурсии в быстрой сортировке выбор короткого массива гарантирует, что глубина рекурсии не превысит $\log n$ ?
|
||||
|
||||
Глубина рекурсии - это число текущих рекурсивных вызовов, которые еще не завершились. На каждом раунде разделения исходный массив разбивается на два подмассива. После оптимизации глубины рекурсии длина подмассива, в который мы продолжаем рекурсивный спуск, не превышает половины длины исходного массива. Если рассматривать худший случай, когда длина каждый раз становится ровно вдвое меньше, итоговая глубина рекурсии и будет равна $\log n$ .
|
||||
|
||||
В исходной версии быстрой сортировки может происходить последовательный рекурсивный вызов для более длинных массивов; в худшем случае это будут длины $n$ , $n - 1$ , $\dots$ , $2$ , $1$ , а глубина рекурсии окажется равной $n$ . Оптимизация глубины рекурсии как раз и позволяет избежать такого сценария.
|
||||
В исходной версии быстрой сортировки может происходить последовательный рекурсивный вызов для более длинных массивов. В худшем случае это будут длины $n$ , $n - 1$ , $\dots$ , $2$ , $1$ , а глубина рекурсии окажется равной $n$ . Оптимизация глубины рекурсии как раз и позволяет избежать такого сценария.
|
||||
|
||||
**В**: Если все элементы массива равны, будет ли временная сложность быстрой сортировки равна $O(n^2)$ ? Как справиться с таким вырождением?
|
||||
|
||||
|
||||
Reference in New Issue
Block a user