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C語言中的八大排序算法詳解

 更新時(shí)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(gè)或某些關(guān)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(gè)或某些關(guān)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(lǐng)域得到相當(dāng)?shù)刂匾?,尤其是在大量?shù)據(jù)的處理方面,一個(gè)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(gè)插入到一個(gè)已經(jīng)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(gè)新的有序序列 。

實(shí)際中我們玩撲克牌時(shí),就用了插入排序的思想

在這里插入圖片描述

動(dòng)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(shí)現(xiàn)呢? 我們可以把第一個(gè)元素看成有序序列(一個(gè)元素序列必然有序)進(jìn)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(jìn)不來賦值
			}
		}
		arr[end + 1] = tmp;
	}
}

2.希爾排序:

希爾排序是對(duì)直接插入排序的優(yōu)化,它對(duì)序列先進(jìn)行多次預(yù)排序使之接近有序,因?yàn)樽詈蠼咏行蚴褂弥苯硬迦肱判蚍浅?臁?/p>

在這里插入圖片描述

如圖所示:

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

如下代碼所示:所以我們可以對(duì)gap進(jìn)行動(dòng)態(tài)改變

void ShellSort(int* arr, int size)//希爾排序
{
	int gap = size;
	//多次預(yù)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(jìn)來gap為1進(jìn)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┰?,存放到排序序列的起始位置,然后以此類推,直到所有元素均排序完畢。

動(dòng)圖演示:

在這里插入圖片描述

我們實(shí)際可以在一次遍歷中同時(shí)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(huì)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(dòng)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(gè)keyi位置,一般為序列首。
  2. 創(chuàng)建兩個(gè)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(huì)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(huì)比他小,右邊都會(huì)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(dòng)圖演示:

在這里插入圖片描述

7.歸并排序:

歸并排序?qū)⒁延行虻淖有蛄泻喜ⅲ玫酵耆行虻男蛄?;即先使每個(gè)子序列有序,再使子序列段間有序。若將兩個(gè)有序表合并成一個(gè)有序表,稱為二路歸并。

動(dòng)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(jì)數(shù)排序:

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

動(dòng)圖演示:

在這里插入圖片描述

//計(jì)數(shù)排序只適用于范圍集中且重復(fù)數(shù)據(jù)較高的數(shù)據(jù)
void CountSort(int* arr, int size)//計(jì)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(jì)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(jì)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(jié):

排序算法時(shí)間復(fù)雜度(平均)時(shí)間復(fù)雜度(最壞)時(shí)間復(fù)雜度(最好)空間復(fù)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(jì)數(shù)排序O(N+K)O(N+K)O(N+K)O(N+K)穩(wěn)定

到此這篇關(guān)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(guān)C語言排序算法內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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