大班科学《排序》教案

大班科学《排序》教案汇报人：2024-01-28目录CONTENTS课程介绍与目标排序基础知识插入排序算法详解选择排序算法详解冒泡排序算法详解快速排序算法详解课程总结与拓展01课程介绍与目标排序定义排序种类排序应用排序概念引入排序是将一组数据按照特定的顺序进行排列的过程，使得数据具有一定的规律性和可比较性。介绍常见的排序方法，如冒泡排序、选择排序、插入排序等，并简要说明其原理和特点。通过实例演示排序在生活中的应用，如成绩排名、比赛名次等，激发学生兴趣。掌握排序的基本概念、方法和原理，能够运用所学知识进行简单的排序操作。知识与技能过程与方法情感态度与价值观通过观察、思考和实践，培养学生的逻辑思维能力和解决问题的能力。激发学生对科学的兴趣和好奇心，培养学生的探究精神和合作意识。030201教学目标与要求

课程安排与时间课程内容本课程将分为排序概念引入、排序方法学习、排序实践应用三个部分进行。课时安排本课程共计2个课时，每个课时40分钟，课间休息10分钟。授课时间与地点具体授课时间和地点将根据学校安排进行通知。02排序基础知识排序定义排序是将一组数据按照某种特定的顺序进行排列的过程，使得排列后的数据满足一定的条件或规则。排序分类根据排序过程中数据量的不同处理方式，排序可分为内部排序和外部排序。内部排序是指待排序数据能够一次性装入内存中进行排序，而外部排序则是指数据量太大，无法一次性装入内存，需要借助外部存储设备进行排序。排序定义及分类冒泡排序通过相邻元素之间的比较和交换，使得每一轮比较后最大（或最小）的元素能够“冒泡”到序列的一端。每次从未排序的元素中选出最小（或最大）的元素，将其放到已排序序列的末尾。将未排序的元素插入到已排序序列的合适位置中，使得插入后序列仍然保持有序。采用分治策略，选取一个基准元素将序列分为两部分，其中一部分元素都比基准元素小，另一部分元素都比基准元素大，然后递归地对两部分进行快速排序。采用分治策略，将序列不断拆分为小序列，直到每个小序列只有一个元素，然后将相邻的小序列进行归并，最终得到完整的有序序列。选择排序快速排序归并排序插入排序常见排序算法简介123空间复杂度时间复杂度稳定性排序算法性能评估评估排序算法执行时间随数据量增长的变化趋势，常用大O表示法表示。如冒泡排序、选择排序和插入排序的时间复杂度为O(n^2)，快速排序和归并排序的时间复杂度为O(nlogn)。评估排序算法所需额外空间随数据量增长的变化趋势。如冒泡排序、选择排序和插入排序的空间复杂度为O(1)，快速排序的空间复杂度为O(logn)，归并排序的空间复杂度为O(n)。评估排序算法在具有相同值的元素时是否能保持原有顺序。如冒泡排序、插入排序和归并排序是稳定的排序算法，而快速排序和选择排序是不稳定的排序算法。03插入排序算法详解插入排序原理及步骤将未排序的元素一个个插入到已排序的序列中，从而得到一个新的、更长的已排序序列。原理从第一个元素开始，认为该元素已被排序；取出下一个元素，在已经排序的元素序列中从后向前扫描；如果该元素（已排序）大于新元素，将该元素移到下一位置；重复步骤，直到找到已排序的元素小于或者等于新元素的位置；将新元素插入到该位置后；重复以上步骤，直至全部元素都被排序。步骤Python代码实现```pythondefinsertion_sort(arr)插入排序代码实现foriinrange(1,len(arr))插入排序代码实现key=arr[i]$item2_c{单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了最终呈现发布的良好效果单击此处添加正文单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了最终呈现发布的良好效果单击此处添加正文单击此处添加正文，文字是一二三四五六七八九十一二三四五六七八九十一二三四五六七八九十一二三四五六七八九十一二三四五六七八九十单击此处添加正文单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了最终呈现发布的良好效果单击此处添加正文单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了最终呈现发布的良好效果单击此处添加正文单击5*48}插入排序代码实现whilej>=0andkey<arr[j]j=i-1插入排序代码实现arr[j+1]=arr[j]插入排序代码实现j-=1arr[j+1]=keyreturnarr插入排序代码实现```Java代码实现```java插入排序代码实现publicclassInsertionSort{voidsort(intarr[]){intn=arr.length;插入排序代码实现for(inti=1;i<n;i){插入排序代码实现03while(j>=0&&arr[j]>key){01intkey=arr[i];02intj=i-1;插入排序代码实现arr[j+1]=arr[j];插入排序代码实现j=j-1;插入排序代码实现}arr[j+1]=key;插入排序代码实现}}}```01020304插入排序代码实现空间复杂度插入排序是一种原地排序算法，只需要一个额外的存储空间来移动元素，因此空间复杂度为O(1)。时间复杂度最好情况下（输入数组按升序排列）时间复杂度为O(n)，最坏情况下（输入数组按降序排列）时间复杂度为O(n^2)，平均时间复杂度也为O(n^2)。其中n为数组长度。稳定性插入排序是一种稳定的排序算法，即相等的元素的顺序不会改变。插入排序性能分析04选择排序算法详解原理：选择排序是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是每一次从待排序的数据元素中选出最小（或最大）的一个元素，存放在序列的起始位置，直到全部待排序的数据元素排完。步骤1.在未排序序列中找到最小（大）元素，存放到排序序列的起始位置。2.从剩余未排序元素中继续寻找最小（大）元素，然后放到已排序序列的末尾。3.以此类推，直到所有元素均排序完毕。0102030405选择排序原理及步骤123Python代码实现```pythondefselection_sort(arr)选择排序代码实现foriinrange(len(arr))选择排序代码实现01min_index=i02forjinrange(i+1,len(arr))03ifarr[j]<arr[min_index]选择排序代码实现min_index=jarr[i],arr[min_index]=arr[min_index],arr[i]选择排序代码实现returnarr选择排序代码实现```Java代码实现```java选择排序代码实现0102选择排序代码实现for(inti=0;i<arr.length-1;i){publicstaticvoidselectionSort(int[]arr){for(intj=i+1;j<arr.length;j){if(arr[j]<arr[minIndex]){intminIndex=i;选择排序代码实现minIndex=j;选择排序代码实现}}inttemp=arr[minIndex];选择排序代码实现arr[minIndex]=arr[i];选择排序代码实现arr[i]=temp;选择排序代码实现}}```选择排序代码实现时间复杂度01选择排序的时间复杂度为O(n^2)，其中n是待排序元素的个数。无论待排序序列是有序还是无序，选择排序的时间复杂度都是O(n^2)。空间复杂度02选择排序的空间复杂度为O(1)，因为它只需要一个额外的空间来存储临时变量。稳定性03选择排序是不稳定的排序算法。例如，对于序列[3,3,2]，第一次选择最小的元素2，然后与第一个3交换位置，得到序列[2,3,3]。此时，两个3的相对位置发生了变化，因此选择排序是不稳定的。选择排序性能分析05冒泡排序算法详解冒泡排序原理及步骤原理：冒泡排序是一种简单的排序算法，它重复地遍历要排序的数列，一次比较两个元素，如果他们的顺序错误就把他们交换过来。遍历数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换，也就是说该数列已经排序完成。冒泡排序原理及步骤步骤1.比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换他们两个。2.对每一对相邻元素做同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对。这步做完后，最后的元素会是最大的数。冒泡排序原理及步骤3.针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个。4.持续每次对越来越少的元素重复上面的步骤，直到没有任何一对数字需要比较。Python代码实现defbubble_sort(lst)```python冒泡排序代码实现010203n=len(lst)foriinrange(n)forjinrange(0,n-i-1):#Lastielementsarealreadyinplace冒泡排序代码实现冒泡排序代码实现iflst[j]>lst[j+1]:#traversethearrayfrom0ton-i-1lst[j],lst[j+1]=lst[j+1],lst[j]#swapiftheelementfoundisgreaterthanthenextelementreturnlst冒泡排序代码实现冒泡排序代码实现010203Java代码实现```java```publicclassBubbleSort{voidbubbleSort(intarr[]){冒泡排序代码实现冒泡排序代码实现01intn=arr.length;02for(inti=0;i<n-1;i){for(intj=0;j<n-i-1;j){03if(arr[j]>arr[j+1]){冒泡排序代码实现if(arr[j]>arr[j+1]){冒泡排序代码实现inttemp=arr[j];arr[j]=arr[j+1];arr[j+1]=temp;冒泡排序代码实现01}02}03}冒泡排序代码实现}02}03```01冒泡排序的时间复杂度为O(n^2)，其中n为列表长度。这是因为冒泡排序需要进行两层循环，每层循环最多执行n次，因此总的时间复杂度为O(n^2)。冒泡排序的空间复杂度为O(1)，因为它只需要常量级别的额外空间来存储临时变量。冒泡排序性能分析空间复杂度时间复杂度06快速排序算法详解选取基准值从待排序序列中选取一个元素作为基准（pivot）。分区操作重新排列序列，所有比基准值小的元素摆放在基准前面，所有比基准值大的元素摆在基准后面（相同的数可以到任何一边）。在这个分区结束之后，该基准就处于序列的中间位置。这个操作称为分区操作（partition）。递归排序子序列递归地（recursively）把小于基准值元素的子序列和大于基准值元素的子序列排序。快速排序原理及步骤Python代码实现```pythondefquicksort(arr)快速排序代码实现iflen(arr)<=1快速排序代码实现123快速排序代码实现returnarrpivot=arr[len(arr)//2]left=[xforxinarrifx<pivot]middle=[xforxinarrifx==pivot]right=[xforxinarrifx>pivot]returnquicksort(left)+middle+quicksort(right)快速排序代码实现

快速排序代码实现```Java代码实现```javapublicclassQuickSort{intpartition(intarr[],intlow,inthigh){快速排序代码实现intpivot=arr[high];inti=(low-1);for(intj=low;j<high;j){快速排序代码实现快速排序代码实现if(arr[j]<pivot){inttemp=arr[i];arr[i]=arr[j];i;快速排序代码实现快速排序代码实现}}inttemp=arr[i+1];快速排序代码实现arr[i+1]=arr[high];returni+1;arr[high]=temp;快速排序代码实现}voidsort(intarr[],intlow,inthigh){快速排序代码实现VSif(low<high){intpi=partition(arr,low,high);快速排序代码实现sort(arr,low,pi-1);sort(arr,pi+1,high);快速排序代码实现}}}```快速排序代码实现时间复杂度空间复杂度快速排序性能分析快速排序的空间复杂度是O(logn)，也就是递归的深度。由于快速排序是递归的，因此需要用到一个栈空间来实现递归