C++版经典排序算法

1.冒泡排序

平均时间复杂度:O(n^2)

最好情况:O(n)

最坏情况:O(n^2)

空间复杂度:O(1)

排序方式:In-place

稳定性:稳定

2.选择排序

平均时间复杂度:O(n^2)

最好情况:O(n^2)

最坏情况:O(n^2)

空间复杂度:O(1)

排序方式:In-place

稳定性:不稳定

3.插入排序

平均时间复杂度:O(n^2)

最好情况:O(n)

最坏情况:O(n^2)

空间复杂度:O(1)

排序方式:In-place

稳定性:稳定

4.希尔排序

平均时间复杂度:O(nlogn)

最好情况:O(nlog^2n)

最坏情况:O(nlog^2n)

空间复杂度:O(1)

排序方式:In-place

稳定性:不稳定

5.归并排序(分治法)

平均时间复杂度:O(nlogn)

最好情况:O(nlogn)

最坏情况:O(nlogn)

空间复杂度:O(n)

排序方式:Out-place

稳定性:稳定

6.快速排序(分治法)

平均时间复杂度:O(nlogn)

最好情况:O(nlogn)

最坏情况:O(n^2)

空间复杂度:O(logn)

排序方式:In-place

稳定性:不稳定

7.堆排序

平均时间复杂度:O(nlogn)

最好情况:O(nlogn)

最坏情况:O(nlogn)

空间复杂度:O(1)

排序方式:In-place

稳定性:不稳定

8.基数排序

平均时间复杂度:O(n*k)

最好情况:O(n*k)

最坏情况:O(n*k)

空间复杂度:O(n+k)

排序方式:Out-place

稳定性:稳定


直接插入排序(straight insertion sort)是插入排序中最简单的排序方法,类似于玩纸牌时整理手中纸牌的过程。其基本思想是:依次将待排序序列中的每一个记录插入到一个已排好序的序列中,直到全部记录都排好序。

void InsertSort(int r[], int n) {//0号单元用作暂存单元和监视哨

    for (i = 2; i <= n; i++) { 

        r[0] = r[i];  //暂存待插关键码,设置哨兵

        for (j = i-1; r[0] < r[j]; j--)//寻找插入位置

            r[j+1] = r[j];               //记录后移

        r[j+1] = r[0];

    }

}


希尔排序的基本思想是:先将整个待排序记录序列分割成若干个子序列,在子序列内分别进行插入排序,待整个排序基本有序时,再对全体记录进行一次直接插入排序。

void ShellSort(int r[], int n) { //0号单元用作暂存单元

    for (d = n/2; d >= 1; d = d/2) { //以增量为d进行直接插入排序

        for (i = d+1; i <= n; i++) {

            r[0] = r[i];//暂存被插入记录

            for (j = i - d; j > 0 && r[0] < r[j]; j = j - d)

                r[j+d] = r[j];  //记录后移d个位置

            r[j+d] = r[0];

        }

    }

}


起泡排序(bubble sort)是交换排序中最简单的排序方法,其基本思想是:在待排序序列中选两个记录,将它们的关键码进行比较,如果反序则交换,直到没有反序的记录为止。

void BubbleSort(int r[], int n) //0号单元用作交换操作的暂存单元

{

    exchange = n;          //第一趟起泡排序的区间是[1, n]

    while(exchange != 0)//当上一趟排序有记录交换时

    {

        bound = exchange;

        exchange = 0; 

        for (j = 1; j < bound; j++)//一趟起泡排序,排序区间是[1, bound]

            if (r[j] > r[j+1]) { //

                r[j]<-->r[j+1]

                exchange = j;        //记载每一次记录交换的位置

            }

    }

}


快速排序(quick sort)是对起泡排序的一种改进,改进的着眼点事:在起泡排序中,记录的比较和移动是在相邻位置进行的,记录每次交换只能后移一个位置,因而总的比较次数和移动次数较多。在快速排序中,记录的比较和移动是从两端向中间进行的,关键码较大的记录一次就能从前面移动到后面,关键码较小的记录一次就能从后面移动到前面,记录移动的距离较远,从而减少了总的比较次数和移动次数。

伪代码:

1.将i和j分别指向待划分区间的最左侧记录和最右侧记录的位置;

2.重复下述过程,直到i=j

2.1 右侧扫描,直到记录j的关键码小于轴值记录的关键码;

2.2 如果存在划分区间,则将r[j]与r[i]交换,并执行i++;

2.3 左侧扫描,直到记录i的关键码大于轴值记录的关键码;

2.4 如果存在划分区间,则将r[i]与r[j]交换,并执行j--;

3. 退出循环,说明i和j指向了轴值记录的所在位置,返回该位置;

快速排序一次划分算法Partition

int Partition(int r[], int first, int end)

{

    i = first; j = end;    //初始化

    while (i < j)

     {

        while (i<j && r[i] <= r[j]) j--; //右侧扫描

        if (i < j) {

            r[i]<-->r[j]; //将较小记录交换到前面

            i++;

         }

        while (i<j && r[i] <= r[j]) i++; //左侧扫描

        if (i < j) {

            r[j]<-->r[i]; //将较大记录交换到后面

            j--;

        }

    }

    return i; //i为轴值记录的最终位置

}

对待排序序列进行一次划分之后,再分别对左右两个子序列进行快速排序,以此类推,直到每个分区都只有一个记录为止。

void QuickSort(int r[], int first, int end)

{

    if (first < end) { //区间长度大于1,执行一次划分,否则递归结束

        pivot = Partition(r, first, end);//一次划分

        QuickSort(r, first, pivot-1);//递归地对左侧子序列进行快速排序

        QuickSort(r, pivot+1, end);//递归地对右侧子序列进行快速排序

    }

}


简单选择排序(simple selection sort)是选择排序中最简单的排序方法,其基本思想是:第i趟排序在待排序序列r[i]~r[n](1<=i<=n-1)中选取关键码最小的记录,并和第i个记录交换作为有序序列的第i个记录。

void SelectSort(int r[], int n) //0号单元用作变换操作的暂存单元

{

    for (i = 1; i < n; i++) //对n个记录进行n-1趟简单选择排序

    {

        index = i;

        for (j = i + 1; j <= n; j++) { //在无序区中选取最小记录

            if (r[j] < r[index]) index = j; 

        if (index != i) r[i]<-->r[index];

        }

    }

}


自堆顶至叶子的调整过程称为“筛选”,筛选算法用伪代码可描述为:

1.设置i和j,分别指向当前要筛选的节点和要筛选节点的左孩子;

2.若节点i已是叶子,则筛选完毕,算法结束;否则,执行下述操作:

2.1 将j指向节点i的左右孩子中较大者;

2.2 如果r[i]大于r[j],则筛选完毕,算法结束;

2.3 如果r[i]小于r[j],则将r[i]与r[j]交换;令i=j,转步骤2继续筛选;

    假设当前要筛选节点的编号为k,堆中最后一个节点的编号为m,并且节点k的左右子树均是堆,即r[k+1]~r[m]满足堆的条件,堆调整算法的C++代码如下:

筛选法调整堆的算法Sift

void Sift(int r[], int k, int m)  //0号单元用作交换操作的暂存单元

{

    i = k; j = 2 * i; //i指向被筛选节点,j指向节点i的左孩子

    while (j <= m)  //筛选还没有进行到叶子

     {

        if (j < m && r[j] < r[j+1]) j++; //比较i的左右孩子,j指向较大者

        if  (r[i] > r[j]) break; //根节点已经大于左右孩子中的较大者

        else {

            r[i] <--> r[j];   //将根节点与节点j交换

            i = j; j = 2 * i; //被筛节点位于原来节点j的位置

        }

     }

}


堆排序是利用堆(假设利用大根堆)的特性进行排序的方法,其基本思想是:首先将待排序的记录序列构造成一个堆,此时,选出了堆中所有记录的最大者即堆顶记录。然后将将堆顶记录移走,并将剩余的记录再调整成堆,这样又找出次大的记录。以此类推,直到堆中只有一个记录为止。

void HeapSort(int r[], int n) //0号单元用作交换操作的暂存单元

{

    for (i = n/2; i >= 1; i--) //初始建堆,从最后一个分支节点至根节点

        Sift(r, i, n);

    for ( i = 1; i < n; i++) //重复执行移走堆顶及重建堆的操作

    {

        r[1] <--> r[n-i+1];

        Sift(r, 1, n-i);

    }

}


归并排序、基数排序参考其他资料。

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