测试用例工具类

c++版:

SortTestHelper.h

#ifndef ALGORITHM_SORTTESTHELPER_H
#define ALGORITHM_SORTTESTHELPER_H

#include <iostream>
#include <ctime>
#include <cassert>
using namespace std;

namespace SortTestHelper {

    //生成有n个元素的随机数数组,每个元素的随机范围为[randomL, randomR]
    int* generateRandomArray( int n, int randomL, int randomR ){
        assert(randomL <= randomR);

        int *arr = new int[n];

        srand(time(NULL)); //以时间来生成随机种子

        //为n个元素赋值
        for( int i=0; i<n; i++ ){
            int random = rand() % (randomR-randomL+1); //求余数,得到[0, randomR-randomL+1)的随机数
            arr[i] = random + randomL; //得到[randomL, randomR]范围内的随机数。
        }

        return arr;
    }


    //打印数组
    template<typename T>
    void printArr( T arr[] , int n ){
        for(int i=0; i<n; i++){
            cout << " " << arr[i];
        }
        cout << endl;
    }


    //测试数组是否有序
    template <typename T>
    bool isSorted(T arr[], int n){
        for (int i=0; i<n-1; i++) {
            if(arr[i] > arr[i+1]){
                return false;
            }
        }
        return true;
    }


    //测试算法的有效性和运算时间
    template <typename T>
    void testSort(string sortName, void(*sort)(T[], int), T arr[], int n){
        clock_t startTime = clock();
        sort(arr, n);
        clock_t endTime = clock();

        assert( isSorted(arr, n) );
        //CLOCKS_PER_SEC是1秒走过的时钟周期
        cout << sortName << ": " << (double)(endTime-startTime) / CLOCKS_PER_SEC << " s" << endl;
    }


    //拷贝一个一模一样的数组(换成模版函数,类对象有一个深拷贝的问题)
    int* copyIntArray(int ori[], int n){
        int *des = new int[n];
        copy(ori, ori+n, des);
        return des;
    }

 
    //生成一个元素个数是n的有序数组,并随机进行swapTimes次将其中任意两个元素进行对调。
    int* generateNearlyOrderedArray(int n, int swapTimes){
        int* arr = new int[n];
        for(int i=0; i<n; i++){
            arr[i] = i;
        }
        
        srand(time(NULL)); //随机种子

        for(int i=0; i<swapTimes; i++){
            int a = rand() % n;
            int b = rand() % n;
            swap(arr[a], arr[b]);
        }
        
        return arr;
    }
    
};


#endif //ALGORITHM_SORTTESTHELPER_H

main.cpp

#include <iostream>
#include "SortTestHelper.h"
#include "SelectionSort.h"
#include "InsertionSort.h"
#include "MergeSort.h"
using namespace std;


// 选择 VS 插入
void SelectionSort_VS_InsertionSort(){
    //Random Array
    int n = 10000;
    cout << "Test for random array, size = " << n << ", random range [1, " << n << "]" << endl;
    int *arr = SortTestHelper::generateRandomArray(n, 1, n);
    int *copy = SortTestHelper::copyIntArray(arr, n);
    
    SortTestHelper::testSort("selectionSort", selectionSort, arr, n);
    SortTestHelper::testSort("insertionSort", insertionSort, copy, n);
    
    int n2 = 100000;
    cout << "Test for random array, size = " << n2 << ", random range [1, " << n2 << "]" << endl;
    int *arr2 = SortTestHelper::generateRandomArray(n2, 1, n2);
    int *copy2 = SortTestHelper::copyIntArray(arr2, n2);
    
    SortTestHelper::testSort("selectionSort", selectionSort, arr2, n2);
    SortTestHelper::testSort("insertionSort", insertionSort, copy2, n2);
}


// 插入 VS 归并
void InsertionSort_VS_MergeSort(){
    // Merge Sort是我们学习的第一个O(nlogn)复杂度的算法
    // 可以在1秒之内轻松处理100万数量级的数据
    // 注意:不要轻易尝试使用SelectionSort, InsertionSort或者BubbleSort处理100万级的数据
    // 否则,你就见识了O(n^2)的算法和O(nlogn)算法的本质差异:)
    int n = 50000;
    
    // random array Test
    cout << "Test for random array, size = " << n << ", random range [1, " << n << "]" << endl;
    int *arr = SortTestHelper::generateRandomArray(n, 1, n);
    int *copy = SortTestHelper::copyIntArray(arr, n);
    
    SortTestHelper::testSort("insertionSort", insertionSort, arr, n);
    SortTestHelper::testSort("mergeSort", mergeSort, copy, n);
    
    delete[] arr;
    delete[] copy;
    cout<<endl;
    
    
    // nearly ordered array Test
    // 对于近乎有序的数组, 数组越有序, InsertionSort的时间性能越趋近于O(n)
    // 所以可以尝试, 当swapTimes比较大时, MergeSort更快
    // 但是当swapTimes小到一定程度, InsertionSort变得比MergeSort快
    int swapTimes = 15;
    assert( swapTimes >= 0 );
    
    cout << "Test for nearly ordered array, size = " << n << ", swap time = " << swapTimes << endl;
    int *arr1 = SortTestHelper::generateNearlyOrderedArray(n, swapTimes);
    int *copy1 = SortTestHelper::copyIntArray(arr1, n);
    
    SortTestHelper::testSort("insertionSort", insertionSort, arr1, n);
    SortTestHelper::testSort("mergeSort", mergeSort, copy1, n);
    
    delete[] arr1;
    delete[] copy1;
    cout<<endl;
}


// 自顶向下归并 VS 自底向上归并
void MergeSort_VS_MergeSort_BU(){
    int n = 50000;
    
    // random array Test
    cout << "Test for random array, size = " << n << ", random range [1, " << n << "]" << endl;
    int *arr = SortTestHelper::generateRandomArray(n, 1, n);
    int *copy = SortTestHelper::copyIntArray(arr, n);
    
    SortTestHelper::testSort("mergeSort", mergeSort, arr, n);
    SortTestHelper::testSort("mergeSort_BU", mergeSort_BU, copy, n);
    
    delete[] arr;
    delete[] copy;
    cout<<endl;
}


int main(){
    SelectionSort_VS_InsertionSort();
    InsertionSort_VS_MergeSort();
    MergeSort_VS_MergeSort_BU();
    
    return 0;
}

运行结果示例:

Test for random array, size = 10000, random range [1, 10000]
selectionSort: 0.117685 s
insertionSort: 0.061454 s
Test for random array, size = 100000, random range [1, 100000]
selectionSort: 11.025 s
insertionSort: 6.19232 s

Test for random array, size = 50000, random range [1, 50000]
insertionSort: 1.61498 s
mergeSort: 0.01237 s
Test for nearly ordered array, size = 50000, swap time = 15
insertionSort: 0.001154 s
mergeSort: 0.00216 s

Test for random array, size = 50000, random range [1, 50000]
mergeSort: 0.011673 s
mergeSort_BU: 0.009817 s

Java版:

SortTestHelper.java

package util;

import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Random;

public class SortTestHelper {

    //生成有n个元素的随机数数组,每个元素的随机范围为[randomL, randomR]
    public static Integer[] genarateRandomArray(int n, int randomL, int randomR) {
        //assert randomL <= randomR;
        if (randomL > randomR) {
            throw new RuntimeException("Class->SortTestHelper, Method->genarateRandomArray's params must be [randomL <= randomR]");
        }

        Integer[] arr = new Integer[n];

        for (int i = 0; i < n; i++) {
            //方法一:
            //new Random().nextInt(10); //得到一个 [0, 10) 范围内的整数
            //方法二:
            //Math.random(); //得到一个 [0.0, 1.0) 范围内的double值,例如:0.2874378341644207

            //利用方法一:
            /*
             int random = new Random().nextInt(randomR-randomL+1); //得到一个 [0, randomR-randomL+1) 范围内的整数 
             arr[i] = random + randomL; //得到一个 [randomL, randomR] 范围内的随机数
             */

            //利用方法二:
            double random = Math.random() * (randomR - randomL + 1); //得到一个 [0.0, randomR-randomL+1) 范围内的随机数
            arr[i] = (int) (random + randomL); //得到一个 [randomL, randomR] 范围内的随机数
        }

        return arr;
    }

    
    //交换数组中的两个数
    public static void swap(Object[] arr, int i, int j) {
        Object temp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = temp;
    }

    
    //打印数组
    public static void printArray(Object[] arr) {
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print(" " + arr[i]);
        }
        System.out.println();
    }

    
    //测试数组是否有序
    public static boolean isSorted(Comparable[] arr) {
        for (int i = 0; i < arr.length-1; i++) {
            if (arr[i].compareTo(arr[i + 1]) > 0) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }
    
    
    //测试算法的有效性和运算时间
    public static void testSort(String sortClassName, Comparable[] arr) {
        try {
            Class sortClass = Class.forName(sortClassName);
            Method sortMethod = sortClass.getMethod("sort", new Class[] { Comparable[].class });

            long startTimeMillis = System.currentTimeMillis();
            sortMethod.invoke( null , new Object[]{ arr } );
            long endTimeMillis = System.currentTimeMillis();

            //assert isSorted(arr);
            if(!isSorted(arr)){
                throw new RuntimeException(sortClassName + "is not valid !");
            }
            // 打印时间
            System.out.println(sortClassName + ": " + (endTimeMillis - startTimeMillis) + " ms");
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (SecurityException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalArgumentException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    

    //生成一个接近有序的数组
    public static Integer[] generateNearlyOrderedArray(int n, int swapTimes){
        Integer[] arr = new Integer[n];
        for(int i=0; i<n; i++){
            arr[i] = i;
        }
        
        for(int i=0; i<swapTimes; i++){
            int a = new Random().nextInt(n);
            int b = new Random().nextInt(n);
            swap(arr, a, b);
        }
        
        return arr;
    }

}

Main.java

package top.mengmei219;

import java.util.Arrays;
import util.SortTestHelper;

public class Main {
    
    //选择排序 VS 插入排序
    static void SelectionSort_VS_InsertionSort(){
        System.out.println("1万数据级别:");
        int n = 10000;
        //Integer[] arr = SortTestHelper.genarateRandomArray(n, 1, n);
        Integer[] arr = SortTestHelper.generateNearlyOrderedArray(n, 15);
        Integer[] copy = Arrays.copyOf(arr, n);
        
        SortTestHelper.testSort("top.mengmei219.SelectionSort", arr);
        SortTestHelper.testSort("top.mengmei219.InsertionSort", copy);
        
        
        System.out.println("10万数据级别:");
        int n2 = 100000;
        //Integer[] arr2 = SortTestHelper.genarateRandomArray(n2, 1, n2);
        Integer[] arr2 = SortTestHelper.generateNearlyOrderedArray(n2, 15);
        Integer[] copy2 = Arrays.copyOf(arr2, n2);
        
        SortTestHelper.testSort("top.mengmei219.SelectionSort", arr2);
        SortTestHelper.testSort("top.mengmei219.InsertionSort", copy2);
    }
    
    
    //插入排序 VS 归并排序
    static void InsertionSort_VS_MergeSort(){
        // Merge Sort是我们学习的第一个O(nlogn)复杂度的算法
        // 可以在1秒之内轻松处理100万数量级的数据
        // 注意:不要轻易尝试使用SelectionSort, InsertionSort或者BubbleSort处理100万级的数据
        // 否则,你就见识了O(n^2)的算法和O(nlogn)算法的本质差异:)
        System.out.println("5万完全随机:");
        int n = 50000;
        Integer[] arr = SortTestHelper.genarateRandomArray(n, 1, n);
        Integer[] copy = Arrays.copyOfRange(arr, 0, n);
        
        SortTestHelper.testSort("top.mengmei219.InsertionSort", arr);
        SortTestHelper.testSort("top.mengmei219.MergeSort", copy);
                
        System.out.println("5万近乎有序:");
        Integer[] arr2 = SortTestHelper.generateNearlyOrderedArray(n, 15);
        Integer[] copy2 = Arrays.copyOfRange(arr2, 0, n);
        
        SortTestHelper.testSort("top.mengmei219.InsertionSort", copy2);
        SortTestHelper.testSort("top.mengmei219.MergeSort", arr2);
    }
    
    
    // 自顶向下归并 VS 自底向上归并
    static void MergeSort_VS_MergeSort_BU() {
        System.out.println("5万完全随机:");
        int n = 50000;
        Integer[] arr = SortTestHelper.genarateRandomArray(n, 1, n);
        Integer[] copy = Arrays.copyOfRange(arr, 0, n);

        SortTestHelper.testSort("top.mengmei219.MergeSort", arr);
        SortTestHelper.testSort("top.mengmei219.MergeSort_BU", copy);
    }

    
    public static void main(String[] args) {
        SelectionSort_VS_InsertionSort();
        InsertionSort_VS_MergeSort();
        MergeSort_VS_MergeSort_BU();
    }

}

运行结果示例:

1万数据级别:
top.mengmei219.SelectionSort: 73 ms
top.mengmei219.InsertionSort: 3 ms
10万数据级别:
top.mengmei219.SelectionSort: 6745 ms
top.mengmei219.InsertionSort: 27 ms

5万完全随机:
top.mengmei219.InsertionSort: 2767 ms
top.mengmei219.MergeSort: 42 ms
5万近乎有序:
top.mengmei219.InsertionSort: 1 ms
top.mengmei219.MergeSort: 17 ms

5万完全随机:
top.mengmei219.MergeSort: 29 ms
top.mengmei219.MergeSort_BU: 23 ms
最后编辑于
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