使用快速排序观察二次行为 - O(n ^ 2)

时间:2011-01-16 22:11:11

标签: c++ algorithm sorting complexity-theory quicksort

quicksort算法的平均时间复杂度为O(n * log(n)),最差情况复杂度为O(n ^ 2)。

假设Hoare的快速排序算法有一些变体,哪种输入会导致快速排序算法表现出最差的复杂性?

请说明与特定快速排序算法的实施细节有关的任何假设,例如枢轴选择等,或者是否来自通常可用的库,例如libc。

一些阅读:

  1. A Killer Adversary for Quicksort
  2. Quicksort Is Optimal
  3. Engineering a Sort Function
  4. Introspective Sorting and Selection Algorithms

3 个答案:

答案 0 :(得分:7)

Quick sort表现最差,即,当所选枢轴的所有值都是所采集的最大值或最小值时,在O(n ^ 2)处。考虑这个例子。

1 2 3 4 5

选择的枢轴说是1,您将在枢轴的右侧有4个元素,左侧没有元素。递归地应用这个相同的逻辑并且选择的枢轴分别是2,3,4,5,我们已经达到了这种情况,即在最糟糕的时间进行了这种情况。

有人建议并证明,如果输入被很好地改进,Quicksort表现良好。

此外,选择排序通常取决于对输入域的明确了解。例如,如果输入很大,那么有一种称为外部排序的东西可能会使用外部存储器。如果输入大小非常小,我们可能会进行合并排序,但不能用于中型和大型输入集,因为它使用额外的内存。 Quick sort的主要优点是它的“就地”含义,没有额外的内存用于输入数据。它在纸上的最坏情况时间是O(n ^ 2),但仍然是广泛优选和使用的。我的观点是,排序算法可以根据输入集的知识和偏好来改变。

答案 1 :(得分:1)

扩展Bragboy所说的内容,而不仅仅是运行:

quicksort(array);

执行命令

shuffle(array);
quicksort(array);

shuffle()的定义可以是:

shuffle(array){
    for(int i = array.length; i > 0; i--){
        r= random number % i;
        swap(array[i], array[r]);
    }
}

这样做可能会处理获取输入的情况,这会使quicksort()变慢。

答案 2 :(得分:0)

Hoare的Quicksort算法选择随机数据。对于可重现的结果,我建议Scowen的修改,其中包括从输入中选择中间项。对于这种变体,枢轴最小的锯齿模式似乎是最坏的情况输入:

starting with           {  j   i   h   g   f   a   e   d   c   b  }
compare 1 to 6          { (j)  i   h   g   f  (a)  e   d   c   b  }
compare 6 to 10         {  j   i   h   g   f  (a)  e   d   c  (b) }
compare 6 to 9          {  j   i   h   g   f  (a)  e   d  (c)  b  }
compare 6 to 8          {  j   i   h   g   f  (a)  e  (d)  c   b  }
compare 6 to 7          {  j   i   h   g   f  (a) (e)  d   c   b  }
swap 1<=>6              { (a)  i   h   g   f  (j)  e   d   c   b  }
compare 1 to 5          { (a)  i   h   g  (f)  j   e   d   c   b  }
compare 1 to 4          { (a)  i   h  (g)  f   j   e   d   c   b  }
compare 1 to 3          { (a)  i  (h)  g   f   j   e   d   c   b  }
compare 1 to 2          { (a) (i)  h   g   f   j   e   d   c   b  }
compare 2 to 6          {  a  (i)  h   g   f  (j)  e   d   c   b  }
compare 3 to 6          {  a   i  (h)  g   f  (j)  e   d   c   b  }
compare 4 to 6          {  a   i   h  (g)  f  (j)  e   d   c   b  }
compare 5 to 6          {  a   i   h   g  (f) (j)  e   d   c   b  }
compare and swap 6<=>10 {  a   i   h   g   f  (b)  e   d   c  (j) }
compare 7 to 10         {  a   i   h   g   f   b  (e)  d   c  (j) }
compare 8 to 10         {  a   i   h   g   f   b   e  (d)  c  (j) }
compare 9 to 10         {  a   i   h   g   f   b   e   d  (c) (j) }
compare 2 to 6          {  a  (i)  h   g   f  (b)  e   d   c   j  }
compare 6 to 9          {  a   i   h   g   f  (b)  e   d  (c)  j  }
compare 6 to 8          {  a   i   h   g   f  (b)  e  (d)  c   j  }
compare 6 to 7          {  a   i   h   g   f  (b) (e)  d   c   j  }
swap 2<=>6              {  a  (b)  h   g   f  (i)  e   d   c   j  }
compare 2 to 5          {  a  (b)  h   g  (f)  i   e   d   c   j  }
compare 2 to 4          {  a  (b)  h  (g)  f   i   e   d   c   j  }
compare 2 to 3          {  a  (b) (h)  g   f   i   e   d   c   j  }
compare 3 to 6          {  a   b  (h)  g   f  (i)  e   d   c   j  }
compare 4 to 6          {  a   b   h  (g)  f  (i)  e   d   c   j  }
compare 5 to 6          {  a   b   h   g  (f) (i)  e   d   c   j  }
compare and swap 6<=>9  {  a   b   h   g   f  (c)  e   d  (i)  j  }
compare 7 to 9          {  a   b   h   g   f   c  (e)  d  (i)  j  }
compare 8 to 9          {  a   b   h   g   f   c   e  (d) (i)  j  }
compare 3 to 6          {  a   b  (h)  g   f  (c)  e   d   i   j  }
compare 6 to 8          {  a   b   h   g   f  (c)  e  (d)  i   j  }
compare 6 to 7          {  a   b   h   g   f  (c) (e)  d   i   j  }
swap 3<=>6              {  a   b  (c)  g   f  (h)  e   d   i   j  }
compare 3 to 5          {  a   b  (c)  g  (f)  h   e   d   i   j  }
compare 3 to 4          {  a   b  (c) (g)  f   h   e   d   i   j  }
compare 4 to 6          {  a   b   c  (g)  f  (h)  e   d   i   j  }
compare 5 to 6          {  a   b   c   g  (f) (h)  e   d   i   j  }
compare and swap 6<=>8  {  a   b   c   g   f  (d)  e  (h)  i   j  }
compare 7 to 8          {  a   b   c   g   f   d  (e) (h)  i   j  }
compare 4 to 6          {  a   b   c  (g)  f  (d)  e   h   i   j  }
compare 6 to 7          {  a   b   c   g   f  (d) (e)  h   i   j  }
swap 4<=>6              {  a   b   c  (d)  f  (g)  e   h   i   j  }
compare 4 to 5          {  a   b   c  (d) (f)  g   e   h   i   j  }
compare 5 to 6          {  a   b   c   d  (f) (g)  e   h   i   j  }
compare and swap 6<=>7  {  a   b   c   d   f  (e) (g)  h   i   j  }
compare and swap 5<=>6  {  a   b   c   d  (e) (f)  g   h   i   j  }