Haskell常見排序算法的實現

jopen 10年前發布 | 36K 次閱讀 Haskell 算法

這篇文章嘗試使用 Haskhell 來重寫常見的排序算法。這里不考慮效率,比如時間和空間上的,所以不會刻意去寫成尾遞歸

插入排序

插入排序是一種簡單易懂的排序。這里分為兩個步驟:

  1. 將一個元素插入一個已被排序的數列
  2. 對一個未排序的數列不停施以步驟 1
  3. </ol>

    首先步驟 1,要插入數 x,當前序列中第一個數為 y。將 x, y 較小的數放在前面,然后對去除第一個數之后的子序列不停重復上述過程。

    insert :: Ord a => a -> [a] -> [a]
    insert x [] = [x]
    insert x (y:ys) 
            |  x < y = x:y:ys
            | otherwise = y : insert x ys

    接下來,只要施以步驟 2 即可,即將亂序的元素一個個地使用 insert 函數到另一個有序列表里就可以了。

    insertSort :: Ord a => [a] -> [a]
    insertSort [] = []
    insertSort (x:xs) = insert x (insertSort xs)

    也可以寫成尾遞歸的形式,用一個列表來存儲中間結果:

    insertSort :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]
    insertSort xs [] = xs
    insertSort xs (y:ys) = insertSort (insert y xs) ys

    冒泡排序

    冒泡排序也分為兩個步驟:

    1. 比較相鄰元素的大小,然后交換較小的元素,將最大的數通過這個方式交換到最后
    2. 重復步驟 1
    3. </ol>

      第一步是交換

      swaps :: Ord a => [a] -> [a]
      swaps [] = []
      swaps [x] = [x]
      swaps (x1:x2:xs)
              | x1 > x2 = x2 : swaps(x1:xs)
              | otherwise = x1 : swaps(x2:xs)

      然后就是不停 swaps,直到列表不再發生變化

      bubbleSort :: Ord a => [a] -> [a]
      bubbleSort xs
              | swaps xs == xs = xs       -- 沒發生變化,就停止
              | otherwise = bubbleSort $ swaps xs

      可以看到,第二步的效率不高,因為第一輪的 swaps 之后,最后一個數已經是最大的數了,第二步就沒有必要來遍歷到最后一個數。所以,可以將前一步 swaps 之后的序列分為前 n-1 項和最后一項,當前步下,最后一項可以不動,只需 bubbleSort 前 n-1 項。

      bubbleSort' :: Ord a=> [a] -> [a]
      bubbleSort' [] = []
      bubbleSort' xs = bubbleSort' initElem ++ [lastElem]
              where 
                  swappedElem = swaps xs
                  initElem = init swappedElem
                  lastElem = last swappedElem

      選擇排序

      首先找到最小的元素,將其從序列中取出,放入另一個序列中(初始為空),然后依次類推,直到所有元素從元序列被取出。

      1. 尋找序列中最小數,Haskell 有現成的函數 minimum
      2. 將最小數從原序列中刪除
      3. </ol>

        這里只要寫一個將序列中指定元素刪除的程序

        deleteFromOri :: Eq a => a -> [a] -> [a]
        deleteFromOri _ [] = []
        deleteFromOri x (y:ys)
                | x == y = ys
                | otherwise = y:deleteFromOri x ys

        然后只要將每次 minimum 得到的數從原序列刪除放入新序列

        selectSort :: Ord a => [a] -> [a]
        selectSort [] = []
        selectSort xs = mini : selectSort xs'
                where 
                    mini = minimum xs
                    xs' = deleteFromOri mini xs

        快速排序

        快排的定義其實非常簡單,但在 c 語言中卻不好理解,不像 Haskell 這樣寫起來就像在定義一個數學定理一樣。

        1. 取出序列中的一個數(簡單的取法,直接取第一個元素),將所有小于該數的數作為一組放于該數左邊,將所有該數的數作為另一組放于該數右邊
        2. 對左右兩組數分別施以步驟 1
        3. </ol>

          代碼為

          quickSort :: Ord a => [a] -> [a]
          quickSort [] = []
          quickSort [x:xs] = quickSort mini ++ [x] quickSort maxi
                  where
                      mini = filter (<x) xs
                      maxi = filter (>=x) xs

          當然這里效果不高,會運算過程中會產生許多 []。

          歸并排序

          歸并排序這里仍然是兩個步驟。

          1. 將兩個有序數列合為一個有序數列
          2. 將原序列不停劃分兩部分,直至每部分只有一個元素,然后不停調用步驟 1,將其合并成一個有序數列
          3. </ol>

            步驟 1 的實現,只要將兩個序列 xs 和 ys 的第一個元素作比較即可。步驟 2 采用對半劃分。

            merge :: Ord a => [a] -> [a] -> [a]
            merge xs [] = xs
            merge [] ys = ys
            merge (x:xs) (y:ys)
                    | x > y = y:merge (x:xs) ys
                    | otherwise = x:merge xs (y:ys)

            mergeSort :: Ord a => [a] -> [a] mergeSort xs = merge (mergeSort x1) (mergeSort x2) where (x1, x2) = split xs split xs = (take mid xs, drop mid xs) mid = (length xs) div 2</pre>來源:lyyyuna的博客

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