3. 选择排序—直接选择排序(Straight Selection Sort)

帅比萌擦擦* 提交于 2019-12-13 18:31:36

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基本思想

    n个记录的文件的直接选择排序可经过n-1趟直接选择排序得到有序结果:

    初始状态:无序区为R[0..n-1],有序区为空。
    第1趟排序:在无序区R[0..n-1]中选出关键字最小的记录R[k],将它与无序区的第1个记录R[0] 交换,使R[0..0]和R[1..n-1]分别变为记录个数增加1个的新有序区和记录个数减少1个的新无序区。
    ……
    第i趟排序:第i趟排序开始时,当前有序区和无序区分别为R[0..i-1]和R[i..n](0≤i≤n-1)。 该趟排序从当前无序区中选出关键字最小的记录R[k],将它与无序区的第1个记录R[i]交换,使R[0..i] 和R[i+1..n-1]分别变为记录个数增加1个的新有序区和记录个数减少1个的新无序区。

这样,n个记录的文件的直接选择排序可经过n-1趟直接选择排序得到有序结果。

算法实现

直接选择排序算法,Java实现,代码如下所示:

public abstract class Sorter {
  public abstract void sort(int[] array);
}

public class StraightSelectionSorter extends Sorter {
  @Override
  public void sort(int[] array) {
     int tmp;// 用于交换数据
     for(int i=0;i<array.length-1;i++){// 这里只要从0~array.length-2即可
        int k=i;
        for(int j=i+1;j<array.length;j++){// 该循环可以找到右侧无序区最小的元素array[k]
           if(array[k]>array[j]){
             k=j;
           }
        }
        if(k!=i){// 如果array[i]不是无序区最小的,需要与无序区最小的进行交换
          tmp=array[i];
          array[i]=array[k];
          array[k]=tmp;
        }
       // 如果array[i]是无序区最小的元素,不需要执行交换
     }
  }
}

排序过程

首先,从0~n-1个元素中找到最小的元素,交换到0位置上;
其次,再从1~n-1中找到次最小的元素,交换到1位置上;
……;
最后从n-2~n-1中找到最小的元素,交换到n-2位置上。n-1位置上一定是最大的元素,所以总共进行n-1趟选择排序。
需要注意的是:
每次确定无序区后,其中除了第一个元素之外的其它元素(设为e)与第一个元素(设为E)比较,只有满足e<E的时候才需要交换一次。

排序过程示例如下:
假设待排序数组为array = {94,12,34,76,26,9,0,37,55,76,37,5,68,83,90,37,12,65,76,49},数组大小为20。

    第1趟选择排序

从array[1,n-1]中找到最小的元素:
array[0] = 94>array[1] = 12,交换array[0]与array[1],即array[0] = 12array[2] = 34不成立,不交换;
array[0] = 12>array[3] = 76不成立,不交换;
array[0] = 12>array[4] = 26不成立,不交换;
array[0] = 12>array[5] = 9,交换array[0]与array[5],即array[0] = 9array[6] = 0,交换array[0]与array[6],即array[0] = 0array[7] = 37不成立,不交换;
array[0] = 0>array[8] = 55不成立,不交换;
array[0] = 0>array[9] = 76不成立,不交换;
array[0] = 0>array[10] = 37不成立,不交换;
array[0] = 0>array[11] = 5不成立,不交换;
array[0] = 0>array[12] = 68不成立,不交换;
array[0] = 0>array[13] = 83不成立,不交换;
array[0] = 0>array[14] = 90不成立,不交换;
array[0] = 0>array[15] = 37不成立,不交换;
array[0] = 0>array[16] = 12不成立,不交换;
array[0] = 0>array[17] = 65不成立,不交换;
array[0] = 0>array[18] = 76不成立,不交换;
array[0] = 0>array[19] = 49不成立,不交换。
此时数组状态如下:{0,94,34,76,26,12,9,37,55,76,37,5,68,83,90,37,12,65,76,49}。
此时,有序区为{0},无序区为{94,34,76,26,12,9,37,55,76,37,5,68,83,90,37,12,65,76,49}。

    第2趟选择排序

从array[2,n-1]中找到最小的元素:
array[1] = 94>array[2] = 34,交换array[1]与array[2],即array[1] = 34array[3] = 76不成立,不交换;
array[1] = 34>array[4] = 26,交换array[1]与array[4],即array[1] = 26array[5] = 12,交换array[1]与array[5],即array[1] = 12array[6] = 9,交换array[1]与array[6],即array[1] = 9array[7] = 37不成立,不交换;
array[1] = 0>array[8] = 55不成立,不交换;
array[1] = 0>array[9] = 76不成立,不交换;
array[1] = 0>array[10] = 37不成立,不交换;
array[1] = 9>array[11] = 5,交换array[1]与array[11],即array[1] = 5array[12] = 68不成立,不交换;
array[1] = 5>array[13] = 83不成立,不交换;
array[1] = 5>array[14] = 90不成立,不交换;
array[1] = 5>array[15] = 37不成立,不交换;
array[1] = 5>array[16] = 12不成立,不交换;
array[1] = 5>array[17] = 65不成立,不交换;
array[1] = 5>array[18] = 76不成立,不交换;
array[1] = 5>array[19] = 49不成立,不交换。
此时数组状态如下:{0,5,94,76,34,26,12,37,55,76,37,9,68,83,90,37,12,65,76,49}。
此时,有序区为{0,5},无序区为{94,76,34,26,12,37,55,76,37,9,68,83,90,37,12,65,76,49}。

    第3趟选择排序

排序后数组状态为:{0,5,9,94,76,34,26,37,55,76,37,12,68,83,90,37,12,65,76,49}。
此时,有序区为{0,5,9},无序区为{94,76,34,26,37,55,76,37,12,68,83,90,37,12,65,76,49}。

    第4趟选择排序

排序后数组状态变化:
{0,5,9,76,94,34,26,37,55,76,37,12,68,83,90,37,12,65,76,49},
{0,5,9,34,94,76,26,37,55,76,37,12,68,83,90,37,12,65,76,49},
{0,5,9,26,94,76,34,37,55,76,37,12,68,83,90,37,12,65,76,49},
{0,5,9,12,94,76,34,37,55,76,37,26,68,83,90,37,12,65,76,49},
{0,5,9,12,94,76,34,37,55,76,37,26,68,83,90,37,12,65,76,49},
此时,有序区为{0,5,9,12},无序区为{94,76,34,37,55,76,37,26,68,83,90,37,12,65,76,49}。
……

    第n-1趟选择排序

依此类推,执行n-1趟选择排序,最后得到:有序区为{0,5,9,12,12,26,34,37,37,37,49,55,65,68,76,76,76,83,90},无序区为{94},此时整个数组已经有序,n-1趟选择排序后,排序完成。

算法分析

    时间复杂度

    记录比较次数:

    无论待排序数组初始状态如何,都要进行n-1趟选择排序:
        第1趟:比较n-1次;
        第2趟:比较n-2次;
        ……
        第n-1趟:比较1次。

    从而,总共的比较次数为:1+2+……+(n-1) = n(n-1)/2
    记录移动次数:

    如果待排序数组为正序,则记录不需要交换,记录移动次数为0;
    如果当排序数组为逆序,则:
        第1趟:交换1次,移动3次;
        第2趟:交换1次,移动3次;
        ……
        第n-1趟:交换1次,移动3次。

    从而,总共的移动次数为:3(n-1) = 3(n-1)。
    因此,时间复杂度为O(n2)。

    空间复杂度

在选择排序的过程中,设置一个变量用来交换元素,所以空间复杂度为O(1)。

排序稳定性

选择排序是就地排序。
通过上面的排序过程中数组的状态变化可以看出:直接选择排序是不稳定的。

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