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逆序数python

张晓东            来源:优草派

逆序数是指一个数列中逆序对的数量,逆序对是指在数列中,若ia[j],则称(i,j)为一对逆序对。逆序数在计算机科学中有着广泛的应用,比如在排序算法中,逆序数可以用来衡量一个数列的无序程度,从而选择更加合适的排序算法。在Python中,计算逆序数有多种方法,下面将从暴力算法、归并排序、树状数组三个角度进行详细分析。

一、暴力算法

逆序数python

暴力算法是最简单直接的计算逆序数的方法,即对于数列中每一个元素,都遍历一遍其后面的元素,统计比该元素小的个数。

下面是Python实现的暴力算法代码:

```python

def count_inversions(nums):

n = len(nums)

count = 0

for i in range(n):

for j in range(i+1, n):

if nums[i] > nums[j]:

count += 1

return count

```

该算法的时间复杂度为O(n^2),空间复杂度为O(1)。当数列较小时,可以使用该算法进行计算,但是对于大规模数据,该算法的计算时间将会非常长。

二、归并排序

归并排序是计算逆序数的经典算法之一,其基本思想是将数列不断分成两半,然后分别对每一半进行排序,然后将两个有序序列合并成一个有序序列。在合并的过程中,如果左半部分中的元素大于右半部分中的元素,则左半部分中该元素后面的所有元素都是逆序对。

下面是Python实现的归并排序代码:

```python

def merge_sort(nums):

n = len(nums)

if n <= 1:

return nums, 0

left, left_count = merge_sort(nums[:n//2])

right, right_count = merge_sort(nums[n//2:])

i = j = 0

count = left_count + right_count

res = []

while i < len(left) and j < len(right):

if left[i] <= right[j]:

res.append(left[i])

i += 1

else:

res.append(right[j])

j += 1

count += len(left) - i

res += left[i:]

res += right[j:]

return res, count

```

该算法的时间复杂度为O(nlogn),空间复杂度为O(n)。该算法在计算逆序数时,不仅计算了逆序数的数量,还得到了一个有序序列,因此可以应用于排序问题。

三、树状数组

树状数组(Fenwick Tree)是一种用于维护数列前缀和的数据结构,可以在O(logn)的时间复杂度内完成单点修改和前缀查询。

树状数组计算逆序数的方法是,先将原数列离散化,将每个数映射到一个唯一的整数,然后从后向前遍历数列,将当前元素插入树状数组中,并查询它前面比它小的元素个数,即为当前元素的逆序数。

下面是Python实现的树状数组代码:

```python

class FenwickTree:

def __init__(self, n):

self.n = n

self.tree = [0] * (n+1)

def update(self, i, delta):

while i <= self.n:

self.tree[i] += delta

i += i & -i

def query(self, i):

res = 0

while i > 0:

res += self.tree[i]

i -= i & -i

return res

def count_inversions(nums):

n = len(nums)

nums_dict = {v: i+1 for i, v in enumerate(sorted(list(set(nums))))}

tree = FenwickTree(n)

count = 0

for i in range(n-1, -1, -1):

count += tree.query(nums_dict[nums[i]] - 1)

tree.update(nums_dict[nums[i]], 1)

return count

```

该算法的时间复杂度为O(nlogn),空间复杂度为O(n)。与归并排序类似,该算法不仅可以计算逆序数,还可以维护数列前缀和。

综上所述,计算逆序数的方法有多种,暴力算法适用于小规模数据,归并排序和树状数组适用于大规模数据。在实际应用中,需要根据数据规模和计算时间的要求进行选择。

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