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【C++】八大排序算法 :GIF + 亲测代码 +专项练习平台

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看、未来
发布2020-08-25 12:08:17
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发布2020-08-25 12:08:17
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主要目的呢,是为了我自己记住。 这篇写完,以前那几篇排序的博客都可以删了。 五天之后就设为粉丝可见啦。

文章目录

代码语言:txt
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- 1、八大排序总览
- 代码实现一律放到文末,方便有兴趣边看边练的小伙伴动手自己写。
- 2、冒泡排序
- 3、快速排序
- 4、插入排序
- 5、希尔排序
- 6、选择排序
- 7、堆排序
- 8、归并排序
- 9、基数排序
- 各算法复杂度
    - 冒泡排序代码实现
    - 快速排序代码实现
    - 插入排序代码实现
    - 希尔排序代码实现
    - 选择排序代码实现
    - 归并排序
    - 基数排序
- 练习平台

1、八大排序总览

  • 比较类排序:通过比较来决定元素间的相对次序,由于其时间复杂度不能突破O(nlogn),因此也称为非线性时间比较类排序。
  • 非比较类排序:不通过比较来决定元素间的相对次序,它可以突破基于比较排序的时间下界,以线性时间运行,因此也称为线性时间非比较类排序。

代码实现一律放到文末,方便有兴趣边看边练的小伙伴动手自己写。

2、冒泡排序

不啰嗦,直接上图:

相邻两个数两两相比,ni跟nj+1比,如果ni>nj+1,则将两个数进行交换

复杂度分析:

在一般情况下,每一个数都要与之后的数进行匹配,所以匹配次数将与数据量n挂钩,又由于每轮匹配都要进行(n-1)次比较,所以平均时间复杂度为O(n^2)。

当然,可以对冒泡排序进行优化,比方说可以设置一个标志位,当哪次匹配没有发生数据交换时,就不用再进行后面的匹配了。

还可以做个优化,纪录下数据尾部已经稳定下的部分,比如说倒数八个数字已经稳定,那么匹配到倒数第九个数,只要和倒八匹配一下即可知道要不要往后继续匹配。

不过,冒泡排序一般也不会用在大数排序上,所以嘛,老老实实的把基础代码写好比较重要。

3、快速排序

快速排序,我觉得这篇写的很nice:通俗点聊聊算法 - 快速排序(亲测代码示例)

大数排序,至少也要用快速排序。

4、插入排序

这个动画已经够明确了吧。

复杂度分析

时间复杂度:插入算法,就是保证前面的序列是有序的,只需要把当前数插入前面的某一个位置即可。

所以如果数组本来就是有序的,则数组的最好情况下时间复杂度为O(n)。

如果数组恰好是倒=倒序,比如原始数组是5 4 3 2 1,想要排成从小到大,则每一趟前面的数都要往后移,一共要执行n-1 + n-2 + … + 2 + 1 = n * (n-1) / 2 = 0.5 * n2 - 0.5 * n次,去掉低次幂及系数,所以最坏情况下时间复杂度为O(n2)

平均时间复杂度(n+n2 )/2,所以平均时间复杂度为O(n2)

空间复杂度:插入排序算法,只需要两个变量暂存当前数,以及下标,与n的大小无关,所以空间复杂度为:O(1)

5、希尔排序

希尔排序是把记录按下标的一定增量分组,对每组使用直接插入排序算法排序;随着增量逐渐减少,每组包含的关键词越来越多,当增量减至1时,整个文件恰被分成一组,算法便终止。

这个步长可以好好考虑一下要设多大,一般取三分之一表长就好了。

复杂度分析

  1. 时间复杂度:最坏情况下,每两个数都要比较并交换一次,则最坏情况下的时间复杂度为O(n2), 最好情况下,数组是有序的,不需要交换,只需要比较,则最好情况下的时间复杂度为O(n)。

经大量人研究,希尔排序的平均时间复杂度为O(n^1.3)(这个我也不知道咋来的,书上和博客上都这样说,也没找到个具体的依据)。

  1. 空间复杂度:希尔排序,只需要一个变量用于两数交换,与n的大小无关,所以空间复杂度为:O(1)。

6、选择排序

  1. 第一个跟后面的所有数相比,如果小于(或小于)第一个数的时候,暂存较小数的下标,第一趟结束后,将第一个数,与暂存的那个最小数进行交换,第一个数就是最小(或最大的数)
  2. 下标移到第二位,第二个数跟后面的所有数相比,一趟下来,确定第二小(或第二大)的数 重复以上步骤 直到指针移到倒数第二位,确定倒数第二小(或倒数第二大)的数,那么最后一位也就确定了,排序完成。

复杂度分析

  1. 不管原始数组是否有序,时间复杂度都是O(n^2), 因为没一个数都要与其他数比较一次,(n-1)2次,分解:n^2-2n+1, 去掉低次幂和常数, 剩下n^2, 所以最后的时间复杂度是n^2
  2. 空间复杂度是O(1),因为只定义了两个辅助变量,与n的大小无关,所以空间复杂度为O(1)

7、堆排序

其实这个我也没看太懂。。

我觉得还不如直接构造成二叉搜索树,然后前序遍历。

堆排序的基本思想是:将待排序序列构造成一个大顶堆,此时,整个序列的最大值就是堆顶的根节点。将其与末尾元素进行交换,此时末尾就为最大值。然后将剩余n-1个元素重新构造成一个堆,这样会得到n个元素的次小值。如此反复执行,便能得到一个有序序列了

复杂度分析

  1. 时间复杂度:堆排序是一种选择排序,整体主要由构建初始堆+交换堆顶元素和末尾元素并重建堆两部分组成。其中构建初始堆经推导复杂度为O(n),在交换并重建堆的过程中,需交换n-1次,而重建堆的过程中,根据完全二叉树的性质,log2(n-1),log2(n-2)…1逐步递减,近似为nlogn。所以堆排序时间复杂度最好和最坏情况下都是O(nlogn)级。
  2. 空间复杂度:堆排序不要任何辅助数组,只需要一个辅助变量,所占空间是常数与n无关,所以空间复杂度为O(1)。

8、归并排序

  1. 时间复杂度:递归算法的时间复杂度公式:Tn = aTn/b + f(n)

无论原始数组是否是有序的,都要递归分隔并向上归并排序,所以时间复杂度始终是O(nlog2n)

  1. 空间复杂度:

每次两个数组进行归并排序的时候,都会利用一个长度为n的数组作为辅助数组用于保存合并序列,所以空间复杂度为O(n)

9、基数排序

这个图也挺有趣啊。

  1. 时间复杂度: 每一次关键字的桶分配都需要O(n)的时间复杂度,而且分配之后得到新的关键字序列又需要O(n)的时间复杂度。

假如待排数据可以分为d个关键字,则基数排序的时间复杂度将是O(d*2n) ,当然d要远远小于n,因此基本上还是线性级别的。

系数2可以省略,且无论数组是否有序,都需要从个位排到最大位数,所以时间复杂度始终为O(d*n) 。其中,n是数组长度,d是最大位数。

  1. 空间复杂度:   基数排序的空间复杂度为O(n+k),其中k为桶的数量,需要分配n个数。

各算法复杂度


冒泡排序代码实现

代码语言:javascript
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#include<vector>
#include<iostream>

using namespace std;

void bulu(vector<int>& vec) {
	int sz = vec.size();
	if (sz == 0)
		return;
	int temp = 0;
	int continue_flag = 1;

	while (continue_flag) {
		for (int i = 0, j = 1; j < sz; i++, j++) {

			continue_flag = 0;

			if (vec[i] > vec[j]) {
				temp = vec[i];
				vec[i] = vec[j];
				vec[j] = temp;
				continue_flag = 1;
			}
		}
	}
}

int main()
{
	vector<int> test = { 2,5,1,5,3,7,5,7,5,6 };
	bulu(test);
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		cout << test[i] << " ";
	}
	return 0;
}

快速排序代码实现

见上面那篇博文推荐

插入排序代码实现

代码语言:javascript
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#include<iostream>
#include<cstdlib>

using namespace std;

//交换数组元素位置位置
void swap(int& a, int& b)
{
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

/*
插入排序。注意,若后面一个元素比其前面一个元素小,则将这两个元素交换位置,然后再来比较这个插入元素与前面一个元素的大小,若小,则还需要交换这两个元素位置,一直到这个插入元素在正确的位置为止
*/
void insertSort(int a[], int length)
{
	for (int i = 1; i < length; i++)
	{
		for (int j = i - 1; j >= 0 && a[j + 1] < a[j]; j--)
		{
			swap(a[j], a[j + 1]);
		}
	}

}

int main()
{
	int a[] = { 2,1,4,5,3,8,7,9,0,6 };

	insertSort(a, 10);

	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		cout << a[i] << " ";

	}
	cout << endl;
	system("pause");
	return 0;

}

希尔排序代码实现

代码语言:javascript
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int shellSort(int* shell,int ishell)
{
	int step,i,temp;
	step = ishell/3+1;	//	设定步长
	for( ; step>0 ;)
	{
		for(i=0 ; i+step<ishell ; )
		{
			if(shell[i] > shell[i+step])
			{
				temp = shell[i];
				shell[i] = shell[i+step];
				shell[i+step] = temp;
			}
			i++;
		}
		step--;
	}
}

选择排序代码实现

代码语言:javascript
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void SelectSort(int* select,int lenth)
{
	int i,j,temp,min;
	for(i = 0;i<lenth;i++)
	{
		min = i;
		for(j = i+1;j<lenth;j++)
		{
			if(select[i]>select[j])
			{
				min = j;
			}
		}
		if(min != i)
		{
			temp = select[i];
			select[i] = select[min];
			select[min] = temp;
		}
	}
}

归并排序

代码语言:javascript
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#include<iostream>
using namespace std;

void merge(int arr[], int L, int R, int M)
{
	int LEFT_SIZE = M - L;
	int  RIGHT_SIZE = R - M + 1;

	int* L_arr = new int [LEFT_SIZE];
	int* R_arr = new int[RIGHT_SIZE];

	
	int i,j,k;
	//将左边数组的值赋值给新数组
	for (i = L; i < M; i++)
	{
		L_arr[i - L] = arr[i];
	}
	
	//将右边数组的值赋值给新数组
	for (i = M; i <= R; i++)
	{
		R_arr[i - M] = arr[i];
	}

	i = 0, j = 0, k = L;
	//左右数组同时比较
	while (i < LEFT_SIZE && j < RIGHT_SIZE)
	{
		if (L_arr[i] < R_arr[j])
		{
			arr[k] = L_arr[i];
			i++;
			k++;

		}
		else
		{
			arr[k] = R_arr[j];
			j++;
			k++;
		}
	}

	while (i < LEFT_SIZE)
	{
		arr[k] = L_arr[i];
		i++;
		k++;
	}
	while (j < RIGHT_SIZE)
	{
		arr[k] = R_arr[j];
		j++;
		k++;
	}
}

void mergeSort(int arr[], int L, int R)
 {
	if (L == R)
	{
		return;
	}
	int M = (L + R) / 2;
	mergeSort(arr, L, M);
	mergeSort(arr, M+1, R);
	merge(arr, L,R,M+1);

}

int main()
{
	int arr[] = { 2,8,23,10,4,1,6,7 };
	int L = 0;
	int R = 7;
	int M = 4;
	//merge(arr, L, R, M);
	mergeSort(arr, L, R);

	for (int i = 0; i <= R; i++)
	{
		cout << arr[i] << endl;
	}

	return 0;
}

基数排序

代码语言:javascript
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/*算法:基数排序*/
 
#include <iostream>
using namespace std;

bool rxsort(int A[],int l,int h,int d,int k){
    if(NULL==A||l>h)
        return false;
    int size = h-l+1;
 
    int* counts = new int[k];//用于计数排序的辅助数据,详见计数排序
    int* temp = new int[size];//用于存储重新排序的数组
    int index;
    int pval=1;
    //依次处理不同的位
    for(int i=0;i<d;i++){
        //counts数组清零
        for(int j=0;j<k;j++)
            counts[j] = 0;
 
        for(int j=l;j<=h;j++){
            /*
            1.data[j]/pval:去掉数字data[j]的后i个数,例如:
            当data[j]=1234,i=2时,此时pval=100,data[j]/pval=12;
            2.(data[j]/pval)%k:取数字data[j]/pval的最后一位数
            3.(int)(data[j]/pval)%k:取数字data[j]的第i位数
            */
            index = (int)(A[j]/pval)%k;
            /*
            统计数组A中每个数字的第i位数中各个数字的频数,用于计数排序;
            */
            counts[index]++;
        }
        //计算累加频数,用户计数排序
        for(int j=1;j<k;j++)
            counts[j] = counts[j] + counts[j-1];
        //使用倒数第i+1位数对A进行排序
        for(int j=h;j>=l;j--){
            index = (int)(A[j]/pval)%k;
            temp[counts[index]-1] = A[j];
            counts[index]--;
        }
        //将按第i为数排序后的结果保存回数组A中
        for(int j=0;j<size;j++)
            A[j+l] = temp[j];
        //更新pval
        pval = pval*k;
    }
    delete[] counts;
    delete[] temp;
}
 
int main(){
    int A[] = {712,303,4,18,89,999,70,26};
    rxsort(A,0,7,3,10);
    for(int i=0;i<8;i++)
        cout<<A[i]<<" ";
}

练习平台

CSDN提供排序算法练习平台

如果上面那个网站进不去,可以去LeetCode或者牛客嘛

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原始发表:2020-07-08 ,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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