程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(C語言)第8章查找和排序算法

匯報(bào)人:AA2024-01-12程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(C語言)第8章查找和排序算法目錄CONTENCT查找算法排序算法查找與排序算法比較查找與排序算法應(yīng)用案例查找與排序算法優(yōu)化與改進(jìn)實(shí)驗(yàn)與練習(xí)01查找算法原理時(shí)間復(fù)雜度適用場(chǎng)景從數(shù)據(jù)的一端開始，順序掃描，直到找到所查元素為止。平均時(shí)間復(fù)雜度和最壞時(shí)間復(fù)雜度都是O(n)，其中n是數(shù)據(jù)規(guī)模。適用于數(shù)據(jù)量較小或者數(shù)據(jù)無序的情況。順序查找80%80%100%二分查找采用分治策略，每次將數(shù)據(jù)規(guī)?？s小一半，直到找到所查元素或確定元素不存在為止。平均時(shí)間復(fù)雜度和最壞時(shí)間復(fù)雜度都是O(logn)，其中n是數(shù)據(jù)規(guī)模。適用于數(shù)據(jù)量較大且數(shù)據(jù)已排序的情況。原理時(shí)間復(fù)雜度適用場(chǎng)景原理時(shí)間復(fù)雜度適用場(chǎng)景索引查找平均時(shí)間復(fù)雜度為O(1)，但需要額外的空間來存儲(chǔ)索引表。適用于需要頻繁查找且數(shù)據(jù)量較大的情況。通過建立索引表，將關(guān)鍵字與數(shù)據(jù)元素的存儲(chǔ)位置建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而快速定位到所查元素。通過哈希函數(shù)將數(shù)據(jù)元素的關(guān)鍵字轉(zhuǎn)換為哈希地址，然后在哈希表中查找對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)元素。原理平均時(shí)間復(fù)雜度為O(1)，但最壞情況下可能達(dá)到O(n)。時(shí)間復(fù)雜度適用于需要快速查找且數(shù)據(jù)量較大的情況，但需要注意哈希沖突的處理。適用場(chǎng)景哈希表查找02排序算法通過相鄰元素之間的比較和交換，使得每一輪比較后最大（或最小）的元素能夠“浮”到序列的一端。原理使用嵌套的循環(huán)結(jié)構(gòu)，外層循環(huán)控制排序的輪數(shù)，內(nèi)層循環(huán)負(fù)責(zé)相鄰元素的比較和交換。實(shí)現(xiàn)最好情況下為O(n)，最壞和平均情況下為O(n^2)。時(shí)間復(fù)雜度冒泡排序

選擇排序原理在每一輪排序中，找到未排序部分的最?。ɑ蜃畲螅┰?，將其與未排序部分的第一個(gè)元素交換位置。實(shí)現(xiàn)使用兩層循環(huán)，外層循環(huán)控制排序的輪數(shù)，內(nèi)層循環(huán)負(fù)責(zé)查找最小（或最大）元素并交換位置。時(shí)間復(fù)雜度無論最好、最壞還是平均情況，均為O(n^2)。實(shí)現(xiàn)使用兩層循環(huán)，外層循環(huán)控制未排序元素的遍歷，內(nèi)層循環(huán)負(fù)責(zé)將未排序元素插入到已排序序列中的正確位置。原理將未排序的元素插入到已排序的序列中，使得插入后序列仍然有序。時(shí)間復(fù)雜度最好情況下為O(n)，最壞和平均情況下為O(n^2)。插入排序要點(diǎn)三原理通過比較相距一定間隔的元素來工作，各趟比較所用的距離隨著算法的進(jìn)行而減小，直到只比較相鄰元素的最后一趟排序?yàn)橹?。要點(diǎn)一要點(diǎn)二實(shí)現(xiàn)首先將待排序的數(shù)組元素按某個(gè)增量d（n/2,n為元素個(gè)數(shù)）分成若干組子序列，每組中記錄的下標(biāo)相差d.對(duì)每組中全部元素進(jìn)行直接插入排序，然后再用一個(gè)較小的增量（d/2）對(duì)它進(jìn)行分組，在每組中再進(jìn)行直接插入排序。當(dāng)增量減到1時(shí)，進(jìn)行直接插入排序后，排序完成。時(shí)間復(fù)雜度在最壞的情況下，希爾排序的時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)，但在最好和平均情況下，其時(shí)間復(fù)雜度要優(yōu)于O(n^2)。要點(diǎn)三希爾排序03查找與排序算法比較順序查找二分查找插入排序歸并排序時(shí)間復(fù)雜度比較平均時(shí)間復(fù)雜度為O(n)，最壞情況下時(shí)間復(fù)雜度為O(n)。平均時(shí)間復(fù)雜度為O(logn)，最壞情況下時(shí)間復(fù)雜度為O(logn)。平均時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)，最壞情況下時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)。平均時(shí)間復(fù)雜度為O(nlogn)，最壞情況下時(shí)間復(fù)雜度為O(nlogn)。順序查找空間復(fù)雜度為O(1)。二分查找空間復(fù)雜度為O(1)。插入排序空間復(fù)雜度為O(1)。歸并排序空間復(fù)雜度為O(n)?？臻g復(fù)雜度比較01020304順序查找：穩(wěn)定。二分查找：穩(wěn)定。插入排序：穩(wěn)定。歸并排序：穩(wěn)定。穩(wěn)定性比較01020304順序查找二分查找插入排序歸并排序適用性比較適用于少量數(shù)據(jù)的排序，時(shí)間復(fù)雜度較低。只適用于有序線性表，且要求線性表必須采用順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。適用于無序或有序線性表，但效率較低。適用于大量數(shù)據(jù)的排序，采用分治策略，將大問題分解為小問題逐一解決。04查找與排序算法應(yīng)用案例圖書館管理系統(tǒng)01在圖書館管理系統(tǒng)中，查找算法被廣泛應(yīng)用于檢索書籍、期刊等資源的信息。例如，二分查找算法可以用于快速定位指定書籍在書架上的位置。數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化02數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中經(jīng)常需要執(zhí)行大量的數(shù)據(jù)查詢操作。通過使用高效的查找算法，如哈希表查找或B樹查找，可以顯著提高查詢速度并優(yōu)化數(shù)據(jù)庫性能。網(wǎng)絡(luò)搜索引擎03網(wǎng)絡(luò)搜索引擎需要處理海量的網(wǎng)頁數(shù)據(jù)，并快速響應(yīng)用戶的搜索請(qǐng)求。查找算法，如倒排索引和TF-IDF算法，被用于實(shí)現(xiàn)高效的網(wǎng)頁內(nèi)容檢索和排名。查找算法應(yīng)用案例電子商務(wù)網(wǎng)站電子商務(wù)網(wǎng)站需要展示大量的商品信息，并根據(jù)用戶的喜好、價(jià)格等因素進(jìn)行排序。排序算法，如快速排序或歸并排序，被用于按照特定規(guī)則對(duì)商品信息進(jìn)行排序，以便用戶更方便地瀏覽和選擇商品。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析領(lǐng)域，經(jīng)常需要對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行排序以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的規(guī)律和趨勢(shì)。例如，在數(shù)據(jù)分析中，可以使用排序算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行升序或降序排列，以便更容易地識(shí)別數(shù)據(jù)的分布和異常情況。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中需要對(duì)圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行排序以實(shí)現(xiàn)特定的渲染效果。例如，在3D圖形渲染中，可以使用排序算法對(duì)物體按照距離觀察者的遠(yuǎn)近進(jìn)行排序，以便正確地繪制遮擋關(guān)系和實(shí)現(xiàn)深度緩沖。排序算法應(yīng)用案例學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)交通管理系統(tǒng)綜合應(yīng)用案例學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生成績(jī)的錄入、查找、排序等功能。查找算法可以用于快速定位指定學(xué)生的成績(jī)信息，而排序算法則可以用于對(duì)學(xué)生成績(jī)進(jìn)行排名或按照特定規(guī)則進(jìn)行排序。這些功能可以幫助學(xué)生和教師更方便地管理和分析成績(jī)數(shù)據(jù)。交通管理系統(tǒng)需要對(duì)車輛信息、交通違規(guī)記錄等進(jìn)行管理和分析。查找算法可以用于快速檢索指定車輛或違規(guī)記錄的信息，而排序算法則可以用于對(duì)交通違規(guī)記錄進(jìn)行排序，以便更容易地識(shí)別和處理嚴(yán)重違規(guī)情況。這些功能有助于提高交通管理的效率和公正性。05查找與排序算法優(yōu)化與改進(jìn)二分查找優(yōu)化對(duì)于有序數(shù)組，可以采用二分查找算法，通過不斷縮小查找范圍來提高查找效率。索引查找優(yōu)化通過建立索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如B樹、B+樹等，提高數(shù)據(jù)查找效率。哈希表查找優(yōu)化通過設(shè)計(jì)合理的哈希函數(shù)和處理沖突的方法，提高哈希表查找效率。查找算法優(yōu)化與改進(jìn)03堆排序優(yōu)化通過改進(jìn)堆的建立和調(diào)整算法，提高堆排序的效率。01快速排序優(yōu)化通過改進(jìn)快速排序的分區(qū)算法和選擇合適的樞軸元素，提高快速排序的效率。02歸并排序優(yōu)化通過并行計(jì)算和減少磁盤I/O次數(shù)等方法，提高歸并排序的效率。排序算法優(yōu)化與改進(jìn)設(shè)計(jì)并行化的查找算法，利用多核處理器或分布式系統(tǒng)的并行計(jì)算能力，加速查找過程。并行查找算法設(shè)計(jì)并行化的排序算法，如并行快速排序、并行歸并排序等，利用并行計(jì)算資源提高排序效率。并行排序算法在分布式系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)分布式查找和排序算法，處理大規(guī)模數(shù)據(jù)的查找和排序問題，如MapReduce框架下的查找和排序算法。分布式查找與排序并行計(jì)算與分布式計(jì)算中的查找與排序問題06實(shí)驗(yàn)與練習(xí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵笸ㄟ^實(shí)驗(yàn)，提高運(yùn)用查找和排序算法解決實(shí)際問題的能力，如數(shù)據(jù)處理、信息檢索等。培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力了解查找和排序算法的定義、分類、時(shí)間復(fù)雜度等基本概念和原理，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供理論支持。掌握查找和排序算法的基本概念和原理能夠運(yùn)用C語言實(shí)現(xiàn)常見的查找和排序算法，如順序查找、二分查找、冒泡排序、選擇排序、插入排序等。熟練掌握C語言實(shí)現(xiàn)查找和排序算法的方法0102030405實(shí)現(xiàn)順序查找算法實(shí)現(xiàn)二分查找算法實(shí)現(xiàn)冒泡排序算法實(shí)現(xiàn)選擇排序算法實(shí)現(xiàn)插入排序算法實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟編寫C語言程序，實(shí)現(xiàn)順序查找算法，并測(cè)試算法的正確性和效率。編寫C語言程序，實(shí)現(xiàn)二分查找算法，并測(cè)試算法的正確性和效率。要求輸入有序數(shù)組和待查找元素，輸出元素在數(shù)組中的位置。編寫C語言程序，實(shí)現(xiàn)冒泡排序算法，并測(cè)試算法的正確性和效率。要求輸入無序數(shù)組，輸出排序后的有序數(shù)組。編寫C語言程序，實(shí)現(xiàn)選擇排序算法，并測(cè)試算法的正確性和效率。要求輸入無序數(shù)組，輸出排序后的有序數(shù)組。編寫C語言程序，實(shí)現(xiàn)插入排序算法，并測(cè)試算法的正確性和效率。要求輸入