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2023-08-27 22:49:47 +08:00
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细心的同学可能发现,**如果输入数据是对象,上述步骤 `3.` 就失效了**。假设输入数据是商品对象,我们想要按照商品价格(类的成员变量)对商品进行排序,而上述算法只能给出价格的排序结果。
那么如何才能得到原数据的排序结果呢?我们首先计算 `counter` 的“前缀和”。顾名思义,索引 `i` 处的前缀和 `prefix[i]` 等于数组前 `i` 个元素之和,即
那么如何才能得到原数据的排序结果呢?我们首先计算 `counter` 的“前缀和”。顾名思义,索引 `i` 处的前缀和 `prefix[i]` 等于数组前 `i` 个元素之和:
$$
\text{prefix}[i] = \sum_{j=0}^i \text{counter[j]}
$$
**前缀和具有明确的意义,`prefix[num] - 1` 代表元素 `num` 在结果数组 `res` 中最后一次出现的索引**。这个信息非常关键,因为它告诉我们各个元素应该出现在结果数组的哪个位置。接下来,我们倒序遍历原数组 `nums` 的每个元素 `num` ,在每轮迭代中执行
**前缀和具有明确的意义,`prefix[num] - 1` 代表元素 `num` 在结果数组 `res` 中最后一次出现的索引**。这个信息非常关键,因为它告诉我们各个元素应该出现在结果数组的哪个位置。接下来,我们倒序遍历原数组 `nums` 的每个元素 `num` ,在每轮迭代中执行以下两步。
1. 将 `num` 填入数组 `res` 的索引 `prefix[num] - 1` 处。
2. 令前缀和 `prefix[num]` 减小 $1$ ,从而得到下次放置 `num` 的索引。

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阅读本节前,请确保已学完“堆“章节。
「堆排序 heap sort」是一种基于堆数据结构实现的高效排序算法。我们可以利用已经学过的“建堆操作”和“元素出堆操作”实现堆排序
「堆排序 heap sort」是一种基于堆数据结构实现的高效排序算法。我们可以利用已经学过的“建堆操作”和“元素出堆操作”实现堆排序
1. 输入数组并建立小顶堆,此时最小元素位于堆顶。
2. 不断执行出堆操作,依次记录出堆元素,即可得到从小到大排序的序列。

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实际上,许多编程语言(例如 Java的内置排序函数都采用了插入排序大致思路为对于长数组采用基于分治的排序算法例如快速排序对于短数组直接使用插入排序。
虽然冒泡排序、选择排序和插入排序的时间复杂度都为 $O(n^2)$ ,但在实际情况中,**插入排序的使用频率显著高于冒泡排序和选择排序**。这是因为:
虽然冒泡排序、选择排序和插入排序的时间复杂度都为 $O(n^2)$ ,但在实际情况中,**插入排序的使用频率显著高于冒泡排序和选择排序**,主要有以下原因
- 冒泡排序基于元素交换实现,需要借助一个临时变量,共涉及 3 个单元操作;插入排序基于元素赋值实现,仅需 1 个单元操作。因此,**冒泡排序的计算开销通常比插入排序更高**。
- 选择排序在任何情况下的时间复杂度都为 $O(n^2)$ 。**如果给定一组部分有序的数据,插入排序通常比选择排序效率更高**。

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# 归并排序
「归并排序 merge sort」是一种基于分治策略的排序算法包含下图所示的“划分”和“合并”阶段
「归并排序 merge sort」是一种基于分治策略的排序算法包含下图所示的“划分”和“合并”阶段
1. **划分阶段**:通过递归不断地将数组从中点处分开,将长数组的排序问题转换为短数组的排序问题。
2. **合并阶段**:当子数组长度为 1 时终止划分,开始合并,持续地将左右两个较短的有序数组合并为一个较长的有序数组,直至结束。
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## 算法流程
如下图所示,“划分阶段”从顶至底递归地将数组从中点切为两个子数组
如下图所示,“划分阶段”从顶至底递归地将数组从中点切为两个子数组
1. 计算数组中点 `mid` ,递归划分左子数组(区间 `[left, mid]` )和右子数组(区间 `[mid + 1, right]` )。
2. 递归执行步骤 `1.` ,直至子数组区间长度为 1 时,终止递归划分。
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=== "<10>"
![merge_sort_step10](merge_sort.assets/merge_sort_step10.png)
观察发现,归并排序的递归顺序与二叉树后序遍历相同,对比来看:
观察发现,归并排序与二叉树后序遍历的递归顺序是一致的。
- **后序遍历**:先递归左子树,再递归右子树,最后处理根节点。
- **归并排序**:先递归左子数组,再递归右子数组,最后处理合并。
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[class]{}-[func]{merge_sort}
```
合并方法 `merge()` 代码中的难点包括:
实现合并函数 `merge()` 存在以下难点。
- **在阅读代码时,需要特别注意各个变量的含义**。`nums` 的待合并区间为 `[left, right]` ,但由于 `tmp` 仅复制了 `nums` 该区间的元素,因此 `tmp` 对应区间为 `[0, right - left]` 。
- **需要特别注意各个变量的含义**。`nums` 的待合并区间为 `[left, right]` ,但由于 `tmp` 仅复制了 `nums` 该区间的元素,因此 `tmp` 对应区间为 `[0, right - left]` 。
- 在比较 `tmp[i]` 和 `tmp[j]` 的大小时,**还需考虑子数组遍历完成后的索引越界问题**,即 `i > leftEnd` 和 `j > rightEnd` 的情况。索引越界的优先级是最高的,如果左子数组已经被合并完了,那么不需要继续比较,直接合并右子数组元素即可。
## 算法特性
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## 链表排序 *
归并排序在排序链表时具有显著优势,空间复杂度可以优化至 $O(1)$ ,原因如下:
对于链表,归并排序相较于其他排序算法具有显著优势,**可以将链表排序任务的空间复杂度优化至 $O(1)$** 。
- 由于链表仅需改变指针就可实现节点的增删操作,因此合并阶段(将两个短有序链表合并为一个长有序链表)无须创建辅助链表
- 通过使用“迭代划分”替代“递归划分”,可省去递归使用的栈帧空间
- **划分阶段**:可以通过使用“迭代”替代“递归”来实现链表划分工作,从而省去递归使用的栈帧空间
- **合并阶段**:在链表中,节点增删操作仅需改变引用(指针)即可实现,因此合并阶段(将两个短有序链表合并为一个长有序链表)无须创建额外链表
具体实现细节比较复杂,有兴趣的同学可以查阅相关资料进行学习。

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@ -221,7 +221,7 @@
## 快排为什么快?
从名称上就能看出,快速排序在效率方面应该具有一定的优势。尽管快速排序的平均时间复杂度与“归并排序”和“堆排序”相同,但通常快速排序的效率更高,原因如下:
从名称上就能看出,快速排序在效率方面应该具有一定的优势。尽管快速排序的平均时间复杂度与“归并排序”和“堆排序”相同,但通常快速排序的效率更高,主要有以下原因。
- **出现最差情况的概率很低**:虽然快速排序的最差时间复杂度为 $O(n^2)$ ,没有归并排序稳定,但在绝大多数情况下,快速排序能在 $O(n \log n)$ 的时间复杂度下运行。
- **缓存使用效率高**:在执行哨兵划分操作时,系统可将整个子数组加载到缓存,因此访问元素的效率较高。而像“堆排序”这类算法需要跳跃式访问元素,从而缺乏这一特性。