JavaScript數(shù)據(jù)結構與算法之基本排序算法定義與效率比較【冒泡、選擇、插入排序】

更新時間：2019年02月21日 12:12:56 作者：白楊-M

這篇文章主要介紹了JavaScript數(shù)據(jù)結構與算法之基本排序算法定義與效率比較,結合實例形式詳細總結分析了javascript排序算法中的冒泡、選擇、插入等排序算法原理與操作技巧,需要的朋友可以參考下

本文實例講述了JavaScript數(shù)據(jù)結構與算法之基本排序算法定義與效率比較。分享給大家供大家參考，具體如下：

javascript數(shù)據(jù)結構與算法--基本排序算法（冒泡、選擇、排序）及效率比較

一、數(shù)組測試平臺

javascript數(shù)據(jù)結構與算法--基本排序（封裝基本數(shù)組的操作），封裝常規(guī)數(shù)組操作的函數(shù)，比如：插入新數(shù)據(jù)，顯示數(shù)組數(shù)據(jù)，還有交換數(shù)組元素等操作來調(diào)用不同的排序算法

function CArray(numElements) {
  this.dataStore = [];
  this.pos = 0;//是一個索引值，默認為0，從第一個開始
  this.numElements = numElements;//是保存所有的數(shù)組元素
  this.insert = insert;//向數(shù)組中插入一個元素的方法
  this.toString = toString;//顯示數(shù)組中所有元素
  this.clear = clear;//清空數(shù)組數(shù)據(jù)
  this.setData = setData;//生成了存儲在數(shù)組中的隨機數(shù)字
  this.swap = swap;//交換數(shù)組中兩個元素的位置
  this.bubbleSort = bubbleSort;
  /*將傳入的數(shù)組，存儲在datastore中*/
  for (var i = 0; i < numElements.length; ++i) {
    this.dataStore[i] = numElements[i];
  }
}
function setData() {
  for (var i = 0; i < this.numElements; ++i) {
    this.dataStore[i] = Math.floor(Math.random() *
      (this.numElements+1));
  }
}
function clear() {
  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {
    this.dataStore[i] = 0;
  }
}
function insert(element) {
  this.dataStore[this.pos++] = element;
}
function toString() {
  var retstr = "";
  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {
    retstr += this.dataStore[i] + " ";
    if (i > 0 && i % 10 == 0) {
      retstr += "\n";
    }
  }
  return retstr;
}
function swap(arr, index1, index2) {
  var temp = arr[index1];
  arr[index1] = arr[index2];
  arr[index2] = temp;
}
//測試生成一組數(shù)組數(shù)據(jù)（隨機數(shù)）
var numElements = 100;
var myNums = new CArray(numElements);
myNums.setData();
console.log(myNums.toString());

17 94 81 80 25 24 73 76 24 35 81
63 81 59 4 76 30 47 73 98 18
54 36 53 47 22 60 88 41 66 24
73 94 40 45 72 74 14 61 92 48
36 12 42 11 12 82 24 84 60 1
17 98 63 36 84 13 18 50 89 26
98 1 6 54 52 69 6 52 98 14
79 28 19 69 76 99 97 100 10 7
24 54 81 73 18 21 45 73 66 30
28 56 54 21 88 31 20 86 48

二、冒泡排序算法

我們先來了解一下冒泡排序算法，它是最慢的排序算法之一，但也是一種最容易實現(xiàn)的排序算法。

之所以叫冒泡排序是因為使用這種排序算法排序時，數(shù)據(jù)值會像氣泡一樣從數(shù)組的一端漂浮到另一端。

假設正在將一組數(shù)字按照升序排列，較大的值會浮動到數(shù)組的右側，而較小的值則會浮動到數(shù)組的左側。

之所以會產(chǎn)生這種現(xiàn)象是因為算法會多次在數(shù)組中移動，比較相鄰的數(shù)據(jù)，當左側值大于右側值時將它們進行互換。

JS代碼如下：

function CArray(numElements) {
  this.dataStore = [];
  this.pos = 0;//是一個索引值，默認為0，從第一個開始
  this.numElements = numElements;//是保存所有的數(shù)組元素
  this.insert = insert;//向數(shù)組中插入一個元素的方法
  this.toString = toString;//顯示數(shù)組中所有元素
  this.clear = clear;//清空數(shù)組數(shù)據(jù)
  this.setData = setData;//生成了存儲在數(shù)組中的隨機數(shù)字
  this.swap = swap;//交換數(shù)組中兩個元素的位置
  this.bubbleSort = bubbleSort;//冒泡算法
  /*將傳入的數(shù)組，存儲在datastore中*/
  for (var i = 0; i < numElements.length; ++i) {
    this.dataStore[i] = numElements[i];
  }
}
function setData() {
  for (var i = 0; i < this.numElements; ++i) {
    this.dataStore[i] = Math.floor(Math.random() *
      (this.numElements+1));
  }
}
function clear() {
  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {
    this.dataStore[i] = 0;
  }
}
function insert(element) {
  this.dataStore[this.pos++] = element;
}
function toString() {
  var retstr = "";
  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {
    retstr += this.dataStore[i] + " ";
    if (i > 0 && i % 10 == 0) {
      retstr += "\n";
    }
  }
  return retstr;
}
function swap(arr, index1, index2) {
  var temp = arr[index1];
  arr[index1] = arr[index2];
  arr[index2] = temp;
}
function bubbleSort() {
  var numElements = this.dataStore.length;
  for (var outer = numElements; outer >= 2; --outer) {
    for (var inner = 0; inner <= outer-1; ++inner) {
      if (this.dataStore[inner] > this.dataStore[inner+1]) {
        swap(this.dataStore, inner, inner+1);
      }
    }
    console.log("outer為" + outer + ": " + this.toString());
  }
}
//測試冒泡排序算法
var numElements = [2,4,1,3];
var myNums = new CArray(numElements);
console.log("原來的數(shù)組："+myNums.toString());
myNums.bubbleSort();
console.log("排序后的數(shù)組："+myNums.toString());

冒泡算法代碼分析如下：

原先數(shù)組為 [2,4,1,3];

1. outer為4的時候

    1. inner為0，值為2，inner+1為1，值為4，不符合，不交換。
    2. inner為1，值為4，inner+1為2，值為1，交換，數(shù)組變?yōu)閇2,1,4,3]
    3. inner為2，值為4，inner+1為3，值為3，交換數(shù)組變?yōu)閇2,1,3,4]
    4. inner為3，值為4，inner+1為4，不符合不交換。

2. outer為3的時候

    1. inner為0，值為2，inner+1為1，值為1,交換數(shù)組變?yōu)閇1,2,3,4]
    2. inner為1, 值為2，inner+1為2，值為3 不符合不交換。
    3. inner為2, 值為3，inner+1為3，值為4，不符合不交換。

再下面繼續(xù)循環(huán)都不符合條件，所以如上就是最后一步了。這就是冒泡排序。

三、選擇排序算法

選擇排序從數(shù)組的開頭開始，將第一個元素和其他元素進行比較。

檢查完所有元素后，最小的元素會被放到數(shù)組的第一個位置，然后算法會從第二個位置繼續(xù)。

這個過程一直進行，當進行到數(shù)組的倒數(shù)第二個位置時，所有的數(shù)據(jù)便完成了排序。
選擇排序會用到嵌套循環(huán)。

外循環(huán)從數(shù)組的第一個元素移動到倒數(shù)第二個元素；

內(nèi)循環(huán)從第二個數(shù)組元素移動到最后一個元素，查找比當前外循環(huán)所指向的元素小的元素。

每次內(nèi)循環(huán)迭代后，數(shù)組中最小的值都會被賦值到合適的位置。

JS代碼如下：

function CArray(numElements) {
  this.dataStore = [];
  this.pos = 0;//是一個索引值，默認為0，從第一個開始
  this.numElements = numElements;//是保存所有的數(shù)組元素
  this.insert = insert;//向數(shù)組中插入一個元素的方法
  this.toString = toString;//顯示數(shù)組中所有元素
  this.clear = clear;//清空數(shù)組數(shù)據(jù)
  this.setData = setData;//生成了存儲在數(shù)組中的隨機數(shù)字
  this.swap = swap;//交換數(shù)組中兩個元素的位置
  this.selectionSort = selectionSort;//選擇排序算法
  /*將傳入的數(shù)組，存儲在datastore中*/
  for (var i = 0; i < numElements.length; ++i) {
    this.dataStore[i] = numElements[i];
  }
}
function setData() {
  for (var i = 0; i < this.numElements; ++i) {
    this.dataStore[i] = Math.floor(Math.random() *
      (this.numElements+1));
  }
}
function clear() {
  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {
    this.dataStore[i] = 0;
  }
}
function insert(element) {
  this.dataStore[this.pos++] = element;
}
function toString() {
  var retstr = "";
  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {
    retstr += this.dataStore[i] + " ";
    if (i > 0 && i % 10 == 0) {
      retstr += "\n";
    }
  }
  return retstr;
}
function swap(arr, index1, index2) {
  var temp = arr[index1];
  arr[index1] = arr[index2];
  arr[index2] = temp;
}
function selectionSort() {
  var min, temp;
  for (var outer = 0; outer <= this.dataStore.length-2; ++outer) {
    min = outer;
    for (var inner = outer + 1;inner <= this.dataStore.length-1; ++inner) {
      if (this.dataStore[inner] < this.dataStore[min]) {
        min = inner;
      }
    }
    swap(this.dataStore, outer, min);
    console.log("第"+outer +"次："+myNums.toString());
  }
}
//測試排序算法
var numElements = [2,4,1,3];
var myNums = new CArray(numElements);
console.log("原來的數(shù)組："+myNums.toString());
myNums.selectionSort();
console.log("排序后的數(shù)組："+myNums.toString());

原來的數(shù)組：2 4 1 3
第0次：1 4 2 3
第1次：1 2 4 3
第2次：1 2 3 4
排序后的數(shù)組：1 2 3 4

四、插入排序算法

插入排序有兩個循環(huán)。

外循環(huán)將數(shù)組元素挨個移動，而內(nèi)循環(huán)則對外循環(huán)中選中的元素及它前面的那個元素進行比較。

如果外循環(huán)中選中的元素比內(nèi)循環(huán)中選中的元素小，那么數(shù)組元素會向右移動，為外循環(huán)中的這個元素騰出位置

function CArray(numElements) {
  this.dataStore = [];
  this.pos = 0;//是一個索引值，默認為0，從第一個開始
  this.numElements = numElements;//是保存所有的數(shù)組元素
  this.insert = insert;//向數(shù)組中插入一個元素的方法
  this.toString = toString;//顯示數(shù)組中所有元素
  this.clear = clear;//清空數(shù)組數(shù)據(jù)
  this.setData = setData;//生成了存儲在數(shù)組中的隨機數(shù)字
  this.swap = swap;//交換數(shù)組中兩個元素的位置
  this.insertionSort = insertionSort;//插入排序算法
  /*將傳入的數(shù)組，存儲在datastore中*/
  for (var i = 0; i < numElements.length; ++i) {
    this.dataStore[i] = numElements[i];
  }
}
function setData() {
  for (var i = 0; i < this.numElements; ++i) {
    this.dataStore[i] = Math.floor(Math.random() *
      (this.numElements+1));
  }
}
function clear() {
  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {
    this.dataStore[i] = 0;
  }
}
function insert(element) {
  this.dataStore[this.pos++] = element;
}
function toString() {
  var retstr = "";
  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {
    retstr += this.dataStore[i] + " ";
    if (i > 0 && i % 10 == 0) {
      retstr += "\n";
    }
  }
  return retstr;
}
function swap(arr, index1, index2) {
  var temp = arr[index1];
  arr[index1] = arr[index2];
  arr[index2] = temp;
}
function insertionSort() {
  var temp, inner;
  //外循環(huán)將數(shù)組元素挨個移動
  for (var outer = 1; outer <= this.dataStore.length-1; ++outer) {
    temp = this.dataStore[outer];//外循環(huán)選中的元素temp
    inner = outer;
    //內(nèi)循環(huán)對外循環(huán)中選中的元素temp與temp前面的元素一個個進行比較。
    //如果外循環(huán)中選中的元素temp比內(nèi)循環(huán)中選中的元素小，那么數(shù)組元素會向右移動，為外循環(huán)中的這個元素騰出位置
    while (inner > 0 && (this.dataStore[inner-1] >= temp)) {
      this.dataStore[inner] = this.dataStore[inner-1];
      --inner;
    }
    this.dataStore[inner] = temp;
    console.log("第"+outer+"次："+myNums.toString());
  }
}
//測試排序算法
var numElements = [9,1,8,6,2,3,5,4];
var myNums = new CArray(numElements);
console.log("原來的數(shù)組："+myNums.toString());
myNums.insertionSort();
console.log("排序后的數(shù)組："+myNums.toString());

原來的數(shù)組：9 1 8 6 2 3 5 4 //先用1和1前面的對比，9比1大，所以9向右移動一個位置，給1騰位置
      第1次：1 9 8 6 2 3 5 4 //用8與8前面的對比，9比8大，所以9向右移動一個位置，給8騰位置
      第2次：1 8 9 6 2 3 5 4 //用6與6前面的對比,8，9比6大，所以8、9向右移動一個位置，給6騰位置
      第3次：1 6 8 9 2 3 5 4
      第4次：1 2 6 8 9 3 5 4
      第5次：1 2 3 6 8 9 5 4
      第6次：1 2 3 5 6 8 9 4
      第7次：1 2 3 4 5 6 8 9
排序后的數(shù)組：1 2 3 4 5 6 8 9

五、基本排序算法的效率比較

function CArray(numElements) {
  this.dataStore = [];
  this.pos = 0;//是一個索引值，默認為0，從第一個開始
  this.numElements = numElements;//是保存所有的數(shù)組元素
  this.insert = insert;//向數(shù)組中插入一個元素的方法
  this.toString = toString;//顯示數(shù)組中所有元素
  this.clear = clear;//清空數(shù)組數(shù)據(jù)
  this.setData = setData;//生成了存儲在數(shù)組中的隨機數(shù)字
  this.swap = swap;//交換數(shù)組中兩個元素的位置
  this.bubbleSort = bubbleSort;//冒泡排序算法
  this.selectionSort = selectionSort;//選擇排序算法
  this.insertionSort = insertionSort;//插入排序算法
  /*將傳入的數(shù)組，存儲在datastore中*/
  for (var i = 0; i < numElements.length; ++i) {
    this.dataStore[i] = numElements[i];
  }
}
function setData() {
  for (var i = 0; i < this.numElements; ++i) {
    this.dataStore[i] = Math.floor(Math.random() *
      (this.numElements+1));
  }
}
function clear() {
  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {
    this.dataStore[i] = 0;
  }
}
function insert(element) {
  this.dataStore[this.pos++] = element;
}
function toString() {
  var retstr = "";
  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {
    retstr += this.dataStore[i] + " ";
    if (i > 0 && i % 10 == 0) {
      retstr += "\n";
    }
  }
  return retstr;
}
function swap(arr, index1, index2) {
  var temp = arr[index1];
  arr[index1] = arr[index2];
  arr[index2] = temp;
}
function bubbleSort() {
  var numElements = this.dataStore.length;
  for (var outer = numElements; outer >= 2; --outer) {
    for (var inner = 0; inner <= outer-1; ++inner) {
      if (this.dataStore[inner] > this.dataStore[inner+1]) {
        swap(this.dataStore, inner, inner+1);
      }
    }
//    console.log("outer為" + outer + ": " + this.toString());
  }
}
function selectionSort() {
  var min, temp;
  for (var outer = 0; outer <= this.dataStore.length-2; ++outer) {
    min = outer;
    for (var inner = outer + 1;inner <= this.dataStore.length-1; ++inner) {
      if (this.dataStore[inner] < this.dataStore[min]) {
        min = inner;
      }
    }
    swap(this.dataStore, outer, min);
//    console.log("第"+outer +"次："+this.toString());
  }
}
function insertionSort() {
  var temp, inner;
  //外循環(huán)將數(shù)組元素挨個移動
  for (var outer = 1; outer <= this.dataStore.length-1; ++outer) {
    temp = this.dataStore[outer];//外循環(huán)選中的元素
    inner = outer;
    //內(nèi)循環(huán)則對外循環(huán)中選中的元素與它前面的那個元素進行比較。
    //如果外循環(huán)中選中的元素比內(nèi)循環(huán)中選中的元素小，那么數(shù)組元素會向右移動，為外循環(huán)中的這個元素騰出位置
    while (inner > 0 && (this.dataStore[inner-1] >= temp)) {
      this.dataStore[inner] = this.dataStore[inner-1];
      --inner;
    }
    this.dataStore[inner] = temp;
//    console.log("第"+outer+"次："+this.toString());
  }
}
/*測試冒泡、選擇、插入算法的效率*/
var numElements = 10000;
var nums = new CArray(numElements);
nums.setData();
var start = new Date().getTime();
nums.bubbleSort();
var stop = new Date().getTime();
var elapsed = stop - start;
console.log("用冒泡算法，排序 " + numElements + " 個元素耗時 : " + elapsed + " milliseconds.");
start = new Date().getTime();
nums.selectionSort();
stop = new Date().getTime();
elapsed = stop - start;
console.log("用選擇算法，排序 " + numElements + " 個元素耗時: " + elapsed + " milliseconds.");
start = new Date().getTime();
nums.insertionSort();
stop = new Date().getTime();
elapsed = stop - start;
console.log("用插入算法，排序 " + numElements + " 個元素耗時: " + elapsed + " milliseconds.");

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