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内部排序 - 四种排序总结及比较

内部排序 - 四种排序总结及比较

作者: 半亩房顶 | 来源:发表于2018-08-06 19:39 被阅读11次

四种排序为 折半插入,希尔排序,快排,堆排序

快排比较重要,前两个学习时候忽略掉了,堆排序以前一直以为比较复杂,现在看来感觉还可以,不过我坚信手写一遍代码是个好习惯。

首先是折半插入(复杂度O(n^2)):

折半插入主要就是对于插入排序中,查询插入点进行了改良,上代码:

void BInsertSort(SqList &L){
    for(i=2;i<=L.length;++i){
        L.r[0] = L.r[1];
        low = 1; high = i-1;
        while(low < high){
            m = (low+high)/2;
            if(LT(L.r[0].key, L.r[m].key)) high = m-1;
            else low = m+1;
        }//while
        for(j = i-1; j>=high+1;--j) L.r[j++] = L.r[j];
        L.r[high+1] = L.r[0];
    }//for
}//BInsertSort

然后是希尔排序(复杂度O(n^3/2)):

希尔排序是对于插入排序的另一种改进,主要思路是,插入排序,较优情况发生在插入串基本有序,此时插入所需要移动的元素就会较少。上代码:

void ShellInsert(SqList &L, int dk){
    for(i = dk+1; i<= L.length; ++i){
        if(LT(L.r[i].key, L.r[i-dk].key)){
            L.r[0] = L.r[i];
            for(j=i-dk; j>0&&LT(L.r[0].key,L.r[j].key)); j-=dk;
                L.r[j+dk] = L.r[j];
            L.r[j+dk] = L.r[0];
        }//if
    }//for
}//ShellInsert

void ShellSort(SqList &L, int dlta[], int t){
    for(k=0; k<t; k++)
        SHellInsert(L, dlta[k]);
}

还需要说一下就是,dlta[],即增量序列的,注意事项,应使增量序列中的值没有除1之外的公因子,并且最后一个增量值必须等于1

接着是快速排序(复杂度O(nlogn),最坏时为O(n^2)):

快排是很经典的排序算法了,他是一种优化了的冒泡排序,太熟悉了,直接放代码:

int Partition(SqList &L, int low, int high){
    L.r[0] = L.r[low];
    pivotkey = L.r[low].key;
    while(low < high){
        while(low < high && L.r[high].key > pivotkey) --high;
        L.r[low] = L.r[high];
        while(low < high && L.r[low].key <= pivotkey) ++ low;
        L.r[high] = L.r[low];
    }//while
    L.r[low] = L.r[0];
    return low;
}// Partition

void QSort (SqList &L, int low, int high){
    if(low < high){
        prvotloc = Partition(L, low, high);
        QSort(L, low, pivotloc - 1);
        QSort(L, pivotloc + 1, high);
    }
}//QSort

void QuickSort(SqList &L){
    QSort(L, 1, L.length);
}

最后是堆排序(复杂度O(nlogn),最坏时也为O(nlogn)):

堆排序是一种选择排序,它的最坏,最好,平均时间复杂度均为O(nlogn),它也是不稳定排序。
首先解释下堆:堆是具有以下性质的完全二叉树:每个结点的值都大于或等于其左右孩子结点的值,称为大顶堆;或者每个结点的值都小于或等于其左右孩子结点的值,称为小顶堆。

首先我们来看一下书中的代码

typedef SqList HeapType;

void HeadAdjust(HeadType &H, int s, int m){
    rc = H.r[s];
    for (j = 2*s; j<=m; j *= 2){//自上而下调整树
        if(j<m && LT(H.r[j].key, H.r[j+1].key)) ++j;//这里就是看取左子节点还是右子节点
        if(!LT(rc.key, H.r[j].key)) break;//子节点没有根节点大的时候,不需要调整
        H.r[s] = H.r[j]; s = j;//注意这个s=j,调整根节点放置位置
    }//for
    H.r[s] = rc;
}//HeapAdjust

void HeapSort(HeapType &H){
    for(i = H.length/2; i>0; --i ){
        HeapAdjust(H, i, H.length);
    }
    for(i = H.length; i>1; --i){
        H.r[1]<-->H.r[i];
        HeapAdjust(H,1,i-1);
    }
}//HeapSort

emm,刚开始看没太看明白,手抄了一遍,又看了两遍,终于通了,跟网上一位同行的代码,对比之下感觉很是优雅,不过相对的,代码没有那么直观易懂,下面贴一下看到的另一份代码。

#include<stdio.h>
 
int c=0;
 
/*heapadjust()函数的功能是实现从a[m]到a[n]的数据进行调整,使其满足大顶堆的特性*/
/*a[]是待处理的数组,m是起始坐标, n是终止坐标*/
void heapadjust(int a[], int m, int n)
{
    int i, temp;
    temp=a[m];
 
    for(i=2*m;i<=n;i*=2)//从m的左孩子开始
    {
        if(i+1<=n && a[i]<a[i+1])//如果左孩子小于右孩子,则将i++,这样i的值就是最大孩子的下标值
        {
            i++;
        }
 
        if(a[i]<temp)//如果最大的孩子小于temp,则不做任何操作,退出循环;否则交换a[m]和a[i]的值,将最大值放到a[i]处
        {
            break;
        }
        a[m]=a[i];
        m=i;
    }
    a[m]=temp;
}
 
void crtheap(int a[], int n)//初始化创建一个大顶堆
{
    int i;
    for(i=n/2; i>0; i--)//n/2为最后一个双亲节点,依次向前建立大顶堆
    {
        heapadjust(a, i, n);
    }
}
 
/*swap()函数的作用是将a[i]和a[j]互换*/
void swap(int a[], int i, int j)
{
    int temp;
    temp=a[i];
    a[i]=a[j];
    a[j]=temp;
    c++;
}
 
void heapsort(int a[], int n)
{
    int i;
 
    crtheap(a, n);
    for(i=n; i>1; i--)
    {
        swap(a, 1, i);//将第一个数,也就是从a[1]到a[i]中的最大的数,放到a[i]的位置
        heapadjust(a, 1, i-1);//对剩下的a[1]到a[i-1],再次进行堆排序,选出最大的值,放到a[1]的位置
    }
}
 
int main(void)
{
    int i;
    int a[10]={-1,5,2,6,0,3,9,1,7,4};
    printf("排序前:");
    for(i=1;i<10;i++)
    {
        printf("%d",a[i]);
    }
    heapsort(a, 9);
    printf("\n\n共交换数据%d次\n\n", c);
    printf("排序后:");
    for(i=1;i<10;i++)
    {
        printf("%d",a[i]);
    }
    printf("\n\n\n");
    return 0;
}

书上的代码,更加简洁优美,只使用了一个缓存位置,适合装个*和有高追求的选手,而网上这份呢更加通俗易懂,如何选择,是各位的自由了,这也正是代码的魅力之一啊。
(引用代码链接:https://blog.csdn.net/kuweicai/article/details/54710409

下面是几种排序算法的比较

排序算法比较

几点说明:

  • 从平均时间性能而言,快排最佳,时间最省,但最坏情况下不如堆排序和归并排序,后两者相比,n较大时,归并较堆排序更省时间,但所需辅助存储量也最多。

  • 直接插入排序最为简单,当序列中记录基本有序时,他是最佳的算法,所以常与其他算法共用。

  • 基数排序时间复杂度也可以写成O(d*n),它最适用于n很大,而且关键字小的序列。若关键字很大,而序列中大多数记录的‘最高位关键字’均不同,则亦可先按 ‘最高位关键字’ 不同将序列分成若干小的序列,而后进行直接插入排序。

  • 从方法稳定性来看,基数排序是稳定的内排算法,所有时间复杂度为O(n^2)的简单排序都是稳定的,归并排序也是稳定的,但是快排,堆排序和希尔排序则是不稳定的。一般来说,排序过程中的‘比较’是在“相邻的两个记录关键字”间进行的排序算法是稳定的。

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