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C語言中的八大排序算法詳解

 更新時間:2023年07月29日 10:35:18   作者:杯淺  
這篇文章主要介紹了C語言中的八大排序算法詳解,所謂排序,就是使一串記錄,按照其中的某個或某些關鍵字的大小,遞增或遞減的排列起來的操作,需要的朋友可以參考下

前言

所謂排序,就是使一串記錄,按照其中的某個或某些關鍵字的大小,遞增或遞減的排列起來的操作。

排序算法在很多領域得到相當?shù)刂匾?,尤其是在大量?shù)據(jù)的處理方面,一個優(yōu)秀的算法可以節(jié)省大量的資源。

一、八大排序算法:

1.直接插入排序:

直接插入排序就是把待排序的元素逐個插入到一個已經排好序的有序序列中,直到所有的記錄插入完為止,得到一個新的有序序列 。

實際中我們玩撲克牌時,就用了插入排序的思想

在這里插入圖片描述

動圖演示:

在這里插入圖片描述

那比如給我們一段序列,代碼如何實現(xiàn)呢? 我們可以把第一個元素看成有序序列(一個元素序列必然有序)進行多次單趟插排

void InsertSort(int* arr, int size)//直接插入排序
{
	for (int i = 0; i < size - 1; i++)
	{
		//單趟插入排序
		//基本思想:[0,end]區(qū)間值為有序
		int end = i;
		int tmp = arr[end + 1];
		while (end >= 0)
		{
			if (tmp < arr[end])
			{
				arr[end + 1] = arr[end];
				end--;
			}
			else
			{
				break;//在這里break出去再去賦值tmp是為了防止最后一次end = -1進不來賦值
			}
		}
		arr[end + 1] = tmp;
	}
}

2.希爾排序:

希爾排序是對直接插入排序的優(yōu)化,它對序列先進行多次預排序使之接近有序,因為最后接近有序使用直接插入排序非??臁?/p>

在這里插入圖片描述

如圖所示:

  • 當gap越大,預排序越快,但是越不接近有序
  • 當gap越小,數(shù)據(jù)處理越慢,越接近有序
  • 當gap為1即直接插入排序

如下代碼所示:所以我們可以對gap進行動態(tài)改變

void ShellSort(int* arr, int size)//希爾排序
{
	int gap = size;
	//多次預排+最后一次直接插入排序
	while (gap > 1)
	{
		gap = gap / 3 + 1;//控制最后一次進來gap為1進行直接插入排序
		for (int i = 0; i < size - gap; i++)
		{
			int end = i;
			int tmp = arr[end + gap];
			while (end >= 0)
			{
				if (tmp < arr[end])
				{
					arr[end + gap] = arr[end];
					end -= gap;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
			arr[end + gap] = tmp;
		}
	}
}

3.選擇排序:

選擇排序在未排序序列中找到最?。ù螅┰兀娣诺脚判蛐蛄械钠鹗嘉恢?,然后以此類推,直到所有元素均排序完畢。

動圖演示:

在這里插入圖片描述

我們實際可以在一次遍歷中同時找到最小和最大的值:

void SelectSort(int* arr, int size)//優(yōu)化選擇排序
{
	int begin = 0;
	int end = size - 1;
	while (begin < end)
	{
		int mini = begin, maxi = begin;
		for (int i = begin + 1; i <= end; i++)
		{
			if (arr[i] < arr[mini])
			{
				mini = i;
			}
			if (arr[i] > arr[maxi])
			{
				maxi = i;
			}
		}
		Swap(&arr[mini], &arr[begin]);
		//如果maxi = begin,上一步交換了begin和mini的值,會影響maxi指向的值
		if (maxi == begin)
		{
			maxi = mini;
		}
		Swap(&arr[maxi], &arr[end]);
		begin++;
		end--;
	}
}

4.堆排序:

堆排序可以看之前這篇:C語言中的二叉樹和堆詳解

5.冒泡排序:

冒泡排序也是通過遍歷比較左右值得大小,例如排升序即左值大于右值交換,最后最大值即排到最右邊。

動圖演示:

在這里插入圖片描述

void BubbleSort(int* arr, int size)//冒泡排序
{
	for (int i = 1; i < size; i++)
	{
		int flag = 0;
		for (int j = 0; j < size - i; j++)
		{
			if (arr[j] > arr[j + 1])
			{
				Swap(&arr[j], &arr[j + 1]);
				flag++;
			}
		}
		if (flag == 0)
		{
			break;
		}
	}
}

6.快速排序:

這邊講解的是快速排序的前后指針法:

  1. 首先選擇一個keyi位置,一般為序列首。
  2. 創(chuàng)建兩個指針,prev指向keyi,cur指向prev+1
  3. cur往右找小于keyi位置的值,如果找到了prev往前找大于keyi位置的值,然后交換cur和prev位置的值(注意,這里既然cur找到arr[cur]>arr[keyi],那么cur和prev之間的值必然都會大于arr[keyi])
  4. 最后cur走完序列,再把keyi和prev位置值交換,這樣keyi左邊都會比他小,右邊都會比他大
  5. 再將區(qū)間分為[begin,keyi-1],[keyi+1,end]繼續(xù)遞歸直至有序

動圖演示:

在這里插入圖片描述

7.歸并排序:

歸并排序將已有序的子序列合并,得到完全有序的序列;即先使每個子序列有序,再使子序列段間有序。若將兩個有序表合并成一個有序表,稱為二路歸并。

動圖演示:

在這里插入圖片描述

在這里插入圖片描述

void _MergeSort(int* arr, int begin, int end, int* tmp)
{
	if (begin >= end)
	{
		return;
	}
	//遞歸找有序區(qū)間
	int mid = (end + begin) / 2;
	//[begin, mid][mid+1,end]
	_MergeSort(arr, begin, mid, tmp);
	_MergeSort(arr,mid + 1, end, tmp);
	//左右區(qū)間歸并有序
	int begin1 = begin, end1 = mid;
	int begin2 = mid + 1, end2 = end;
	int i = begin1;
	while (begin1 <= end1 && begin2 <= end2)
	{
		if (arr[begin1] <= arr[begin2])
		{
			tmp[i++] = arr[begin1++];
		}
		else
		{
			tmp[i++] = arr[begin2++];
		}
	}
	while (begin1 <= end1)
	{
		tmp[i++] = arr[begin1++];
	}
	while (begin2 <= end2)
	{
		tmp[i++] = arr[begin2++];
	}
	//輔助數(shù)組tmp中數(shù)據(jù)返回拷貝到原數(shù)組
	memcpy(arr + begin, tmp + begin, (end - begin + 1) * sizeof(int));
}
void MergeSort(int* arr, int size)//歸并排序
{
	int* tmp = (int*)malloc(sizeof(int) * size);
	if (tmp == NULL)
	{
		perror("malloc:fail");
		exit(-1);
	}
	int begin = 0;
	int end = size - 1;
	_MergeSort(arr, begin, end, tmp);
}

8.計數(shù)排序:

  • 統(tǒng)計相同元素出現(xiàn)次數(shù)根據(jù)
  • 統(tǒng)計的結果將序列回收到原來的序列中
  • 計數(shù)排序只適用于范圍集中且重復數(shù)據(jù)較高的數(shù)據(jù)

動圖演示:

在這里插入圖片描述

//計數(shù)排序只適用于范圍集中且重復數(shù)據(jù)較高的數(shù)據(jù)
void CountSort(int* arr, int size)//計數(shù)排序
{
	int min = arr[0];
	int max = arr[0];
	for (int i = 1; i < size; i++)
	{
		if (arr[i] < min)
		{
			min = arr[i];
		}
		if (arr[i] > max)
		{
			max = arr[i];
		}
	}
	//計數(shù)數(shù)組count
	int range = max - min + 1;
	int* count = (int*)malloc(sizeof(int) * range);
	if (count == NULL)
	{
		perror("malloc:fail");
		exit(-1);
	}
	memset(count, 0, sizeof(int) * range);
	//開始計數(shù)
	for (int i = 0; i < size; i++)
	{
		count[arr[i] - min]++;
	}
	//回寫排序
	int j = 0;
	for (int i = 0; i < range; i++)
	{
		while (count[i]--)
		{
			arr[j++] = i + min;
		}
	}
}

二、八大排序算法總結:

排序算法時間復雜度(平均)時間復雜度(最壞)時間復雜度(最好)空間復雜度穩(wěn)定性
插入排序O(N^2)O(N^2)O(N)O(1)穩(wěn)定
希爾排序O(N^1.3)O(N^2)O(N)O(1)不穩(wěn)定
選擇排序O(N^2)O(N^2)O(N^2)O(1)不穩(wěn)定
堆排序O(N*log2(N))O(N*log2(N))O(N*log2(N))O(1)不穩(wěn)定
冒泡排序O(N^2)O(N^2)O(N)O(1)穩(wěn)定
快速排序O(N*log2(N))O(N^2)O(N*log2(N))O(N*log2(N))不穩(wěn)定
歸并排序O(N*log2(N))O(N*log2(N))O(N*log2(N))O(N)穩(wěn)定
計數(shù)排序O(N+K)O(N+K)O(N+K)O(N+K)穩(wěn)定

到此這篇關于C語言中的八大排序算法詳解的文章就介紹到這了,更多相關C語言排序算法內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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