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您的位置:首页 > 程序设计 >C语言 > C/C++实现八大排序算法汇总

C/C++实现八大排序算法汇总

作者:ywcpig 字体:[增加 减小] 来源:互联网 时间:2017-05-28

ywcpig 通过本文主要向大家介绍了c c++ c#区别,c和c++的区别,c语言和c++有什么区别,c/c++,c语言与c++的区别等相关知识,希望对您有所帮助,也希望大家支持linkedu.com www.linkedu.com

概述排序有内部排序和外部排序,内部排序是数据记录在内存中进行排序,而外部排序是因排序的数据很大,一次不能容纳全部的排序记录,在排序过程中需要访问外存。

我们这里说说八大排序就是内部排序。


当n较大,则应采用时间复杂度为O(nlog2n)的排序方法:快速排序、堆排序或归并排序。

快速排序:是目前基于比较的内部排序中被认为是最好的方法,当待排序的关键字是随机分布时,快速排序的平均时间最短;

1. 插入排序—直接插入排序(Straight Insertion Sort)

基本思想:

将一个记录插入到已排序好的有序表中,从而得到一个新,记录数增1的有序表。即:先将序列的第1个记录看成是一个有序的子序列,然后从第2个记录逐个进行插入,直至整个序列有序为止。

要点:设立哨兵,作为临时存储和判断数组边界之用。

直接插入排序示例:


如果碰见一个和插入元素相等的,那么插入元素把想插入的元素放在相等元素的后面。所以,相等元素的前后顺序没有改变,从原无序序列出去的顺序就是排好序后的顺序,所以插入排序是稳定的。

算法的实现:

//插入排序
void Insert_Sort(int *list,int count)
{
 int temp;/*此处充当哨兵,不在list数组里面单独占一个单位*/
 int i,j;
 for(i=1;i<count;i++)
 {
 if(list[i]<list[i-1])
 {
  temp = list[i];
  for(j=i-1;list[j]>temp&&j>=0;j--)
  {
  list[j+1] = list[j];
  }
  list[j+1] = temp;
 }
 }
}

</div>

效率:

时间复杂度:O(n^2).

其他的插入排序有二分插入排序,2-路插入排序。

2. 插入排序—希尔排序(Shell`s Sort)

希尔排序是1959 年由D.L.Shell 提出来的,相对直接排序有较大的改进。希尔排序又叫缩小增量排序。希尔排序是非稳定排序算法。

基本思想:

希尔排序是把记录按下标的一定增量分组,对每组使用直接插入排序算法排序;随着增量逐渐减少,每组包含的关键词越来越多,当增量减至1时,整个文件恰被分成一组,算法便终止。

操作方法:

排序过程:先取一个正整数d1<n,把所有序号相隔d1的数组元素放一组,组内进行直接插入排序;然后取d2<d1,重复上述分组和排序操作;直至di=1,即所有记录放进一个组中排序为止。

算法实现:

我们简单处理增量序列:增量序列d = {n/2 ,n/4, n/8 .....1} n为要排序数的个数

即:先将要排序的一组记录按某个增量d(n/2,n为要排序数的个数)分成若干组子序列,每组中记录的下标相差d.对每组中全部元素进行直接插入排序,然后再用一个较小的增量(d/2)对它进行分组,在每组中再进行直接插入排序。继续不断缩小增量直至为1,最后使用直接插入排序完成排序。

//shell排序
void Shell_Sort(int *list,int count)
{
 int i,j;
 int temp;
 int increment = count;
 do
 {
 increment = increment/2;
 for(i = increment;i<count;i++)
 {
  if(list[i]<list[i-increment])
  {
  temp = list[i];
  for(j=i-increment;j>=0&&list[j]>temp;j-=increment)
  {
   list[j+increment] = list[j];
  }
  list[j+increment] = temp;
  }
  
 }

 }while(increment>1);
}

</div>

希尔排序时效分析很难,关键码的比较次数与记录移动次数依赖于增量因子序列d的选取,特定情况下可以准确估算出关键码的比较次数和记录的移动次数。目前还没有人给出选取最好的增量因子序列的方法。增量因子序列可以有各种取法,有取奇数的,也有取质数的,但需要注意:增量因子中除1 外没有公因子,且最后一个增量因子必须为1。希尔排序方法是一个不稳定的排序方法。希尔排序时间复杂度的下界是n*log2n,因此中等大小规模表现良好。
3. 选择排序—简单选择排序(Simple Selection Sort)

基本思想:

在要排序的一组数中,选出最小(或者最大)的一个数与第1个位置的数交换;然后在剩下的数当中再找最小(或者最大)的与第2个位置的数交换,依次类推,直到第n-1个元素(倒数第二个数)和第n个元素(最后一个数)比较为止。

简单选择排序的示例:

 

进行比较操作的时间复杂度为O(n^2),进行移动操作的时间复杂度为O(n)。简单选择排序是不稳定排序。

操作方法:

第一趟,从n 个记录中找出关键码最小的记录与第一个记录交换;

第二趟,从第二个记录开始的n-1 个记录中再选出关键码最小的记录与第二个记录交换;

以此类推.....

第i 趟,则从第i 个记录开始的n-i+1 个记录中选出关键码最小的记录与第i 个记录交换,

直到整个序列按关键码有序。

算法实现:

//选择排序
void Select_Sort(int *list,int count)
{
 int min,i,j;
 for(i=0;i<count;i++)
 {
 min = i;
 for(j=i+1;j<count;j++)
 {
  if(list[min]>list[j])
  {
  min = j;
  }
 }
 if(min!=i)
 {
  swap(list[i],list[min]);
 }
 }
}

</div>

简单选择排序的改进——二元选择排序

简单选择排序,每趟循环只能确定一个元素排序后的定位。我们可以考虑改进为每趟循环确定两个元素(当前趟最大和最小记录)的位置,从而减少排序所需的循环次数。改进后对n个数据进行排序,最多只需进行[n/2]趟循环即可。

4. 选择排序—堆排序(Heap Sort)

堆排序是一种树形选择排序,是对直接选择排序的有效改进。

基本思想:

堆的定义如下:具有n个元素的序列(k1,k2,...,kn),当且仅当满足


时称之为堆。由堆的定义可以看出,堆顶元素(即第一个元素)必为最小项(小顶堆)。
若以一维数组存储一个堆,则堆对应一棵完全二叉树,且所有非叶结点的值均不大于(或不小于)其子女的值,根结点(堆顶元素)的值是最小(或最大)的。如:

(a)大顶堆序列:(96,83,27,38,11,09)

  (b)  小顶堆序列:(12,36,24,85,47,30,53,91)


初始时把要排序的n个数的序列看作是一棵顺序存储的二叉树(一维数组存储二叉树),调整它们的存储序,使之成为一个堆,将堆顶元素输出,得到n 个元素中最小(或最大)的元素,这时堆的根节点的数最小(或者最大)。然后对前面(n-1)个元素重新调整使之成为堆,输出堆顶元素,得到n 个元素中次小(或次大)的元素。依此类推,直到只有两个节点的堆,并对它们作交换,最后得到有n个节点的有序序列。称这个过程为堆排序。

因此,实现堆排序需解决两个问题:
1. 如何将n 个待排序的数建成堆;
2. 输出堆顶元素后,怎样调整剩余n-1 个元素,使其成为一个新堆。

首先讨论第二个问题:输出堆顶元素后,对剩余n-1元素重新建成堆的调整过程。
调整小顶堆的方法:

1)设有m 个元素的堆,输出堆顶元素后,剩下m-1 个元素。将堆底元素送入堆顶((最后一个元素与堆顶进行交换),堆被破坏,其原因仅是根结点不满足堆的性质。

2)将根结点与左、右子树中较小元素的进行交换。

3)若与左子树交换:如果左子树堆被破坏,即左子树的根结点不满足堆的性质,则重复方法 (2).

4)若与右子树交换,如果右子树堆被破坏,即右子树的根结点不满足堆的性质。则重复方法 (2).

5)继续对不满足堆性质的子树进行上述交换操作,直到叶子结点,堆被建成。

称这个自根结点到叶子结点的调整过程为筛选。如图:


再讨论对n 个元素初始建堆的过程。
建堆方法:对初始序列建堆的过程,就是一个反复进行筛

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