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常用排序算法实现[交换排序之冒泡排序、快速排序]
相关知识
1. 稳定排序和非稳定排序:
稳定排序算法会依照相等的关键(换言之就是值)维持纪录的相对次序。
如果排序算法是稳定的,就是当有两个有相等关键的纪录R和S,且在原本的列表中R出现在S之前,在排序过的列表中R也将会是在S之前。
2. 内排序和外排序
在排序过程中,所有需要排序的数都在内存,并在内存中调整它们的存储顺序,称为内排序;
在排序过程中,只有部分数被调入内存,并借助内存调整数在外存中的存放顺序排序方法称为外排序。
3.算法分类
排序算法从理论上分为如下几类:
(1) 交换排序法: 冒泡排序、快速排序等
(2) 选择排序法: 选择排序、堆排序、循环排序等
(3) 插入排序法: 插入排序、希尔排序、二叉查找树排序等
(4) 归并排序法: 归并排序、Strand排序等
(5) 分布排序法: 基数排序、桶排序、计数排序等。
(6) 混合排序法: 反移排序、Tim排序等
下面主要针对常见的排序算法进行分析
一:冒泡排序
算法思想:两两比较待排序记录的关键字,发现两个记录的次序相反时即进行交换,直到没有反序的记录为止。
可以分为“大数沉底法”和“小数上浮法”两种不同的形式。
时间复杂度:O(n^2)
稳定性: 稳定排序
算法实现:
(1)大数沉底法
void bubble_sort(int array[], int n) { int i, j, temp; for(i = 0; i < n-1; i++) { for(j = 0; j < n -i; j++) { if(array[j] > array[j+1]) { temp = array[j]; array[j] = array[j+1]; array[j+1] = temp; } } } }
(2)小数上浮法
void bubble_sort(int array[], int n) { int i, j, temp; for(i = 0; i < n-1; i++) { for(j = n - 1; j > i; j--) { if(array[j] < array[j-1]) { temp = array[j]; array[j] = array[j-1]; array[j-1] = temp; } } } }
(3)改进算法
若在某一趟排序中未发现有位置的交换,则说明待排序的无序区均满足轻者在上,重者在下的原则,因此,冒泡排序过程可在此趟排序后终止。因此,改进的算法中,引入一个布尔量exchange,在每趟排序开始前,先将其置为0。若排序过程中发生了交换,则将其置为1。各趟排序结束时检查exchange,若未曾发生过交换则终止算法,不再进行下一趟排序。
//array[0 .. n-1]是待排序的文件,采用自上向下扫描,对array做冒泡排序 void bubble_sort(int array[], int n) { int i, j, temp; int exchange = 0; //交换标志 for(i = 0; i < n-1; i++) //最多做n-1趟排序 { exchange = 0; //本趟排序开始前,交换标志应为假 for(j = 0; j < n - i; j++) //对当前无序区array[0 .. n-i]自上向下扫描 { if(array[j] > array[j+1]) { temp = array[j]; array[j] = array[j+1]; array[j+1] = temp; exchange = 1; //发生了交换,故将交换标志置为真 } } if(!exchange) //本趟排序未发生交换,提前终止算法 return; } }
二:快速排序
算法思想:通过一趟排序将要排序的数据分割成独立的两部分,其中一部分的所有数据都比另外一部分的所有数据都要小,然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序,整个排序过程可以递归进行,以此达到整个数据变成有序序列。
时间复杂度:O(nlog2n)
稳定性: 不稳定排序
算法实现:
void quick_sort(int s[], int low, int high) { if (low < high) { int i = low, j = high, x = s[low]; while (i < j) { while(i < j && s[j] >= x) // 从右向左找第一个小于x的数 j--; if(i < j) s[i++] = s[j]; while(i < j && s[i] < x) // 从左向右找第一个大于等于x的数 i++; if(i < j) s[j--] = s[i]; } s[i] = x; /*一遍扫描完后,放到适当位置*/ quick_sort(s, low, i - 1); /*对基准点左边的数再执行快速排序*/ quick_sort(s, i + 1, high); /*对基准点右边的数再执行快速排序*/ } }