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还在为只会冒泡排序而发愁吗?排序算法万字超基础详解,带你走进不同的排序思维(三种基础排序算法+四种进阶排序算法)

2024年07月28日 Java 我要评论
插入排序(Insertion Sort)是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是通过构建有序序列,对于未排序数据,在已排序序列中从后向前扫描,找到相应位置并插入,直到整个数组有序。插入排序的基本步骤如下:1. 将待排序的数组分为已排序部分和未排序部分。2. 从未排序部分的第一个元素开始,将其与已排序部分的元素进行比较。3. 如果找到了合适的位置,将该元素插入到已排序部分中,使已排序部分保持有序。4. 重复步骤 2 和 3,直到整个数组都被排序。

目录

一.插入排序

1.概念介绍

2.动态+静态解析

3.代码实现

二.冒泡排序

1.概念介绍

2.动态+静态解析

3.代码示例

4.番外

三.选择排序

1.概念介绍

2.动态+静态解析

3.代码示例

四.希尔排序

1.概念介绍

2.动态+静态解析

3.代码示例

4.番外

五.堆排序

1.概念介绍

2.静态解析

3.代码示例

六.快速排序

1.概念介绍

2.动态+静态解析

2.1霍尔法

2.2挖坑法

2.3前后指针法

3.代码实现

3.1霍尔法

3.2挖坑法

3.3前后指针法

4.思路优化

4.1key的优化

4.1.1随机数取key

4.1.2三数取中法

4.2递归的优化

 七.归并排序

1.概念介绍

2.动态解析+静态解析

2.1递归法

2.2非递归法

3.代码实现

3.1递归法

3.2非递归法


一.插入排序

1.概念介绍

2.动态+静态解析

 

3.代码实现

void insertsort(int* a, int n)
{
	for (int i = 0; i < n - 1; i++)
	{
		int end = i;
		int tmp = a[end + 1];
		while (end >= 0)
		{
			if (tmp < a[end])
			{
				a[end + 1] = a[end];
				end--;
			}
			else break;
		}
		a[end + 1] = tmp;
	}
}

二.冒泡排序

1.概念介绍

2.动态+静态解析

3.代码示例

void bubblesort(int* a, int n)
{
	for (int i = 0; i < n - 1; i++)
	{
		for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) 
		{
			if (a[j] > a[j + 1])
			{
				swap(&a[j], &a[j + 1]);
			}
		}
	}
}

4.番外

三.选择排序

1.概念介绍

2.动态+静态解析

3.代码示例

void selectsort(int* a, int n)
{
	int begin = 0;
	int end = n - 1;
	while (begin < end)
	{
		int maxi = begin;
		int mini = begin;
		for (int i = begin + 1; i <= end; i++)
		{
			if (a[mini] > a[i])
				mini = i;
			if (a[maxi] < a[i])
				maxi = i;
		}
		swap(&a[mini], &a[begin]);
		if (maxi == begin)
			maxi = mini;
		swap(&a[maxi], &a[end]);
		begin++;
		end--;
	}
}

四.希尔排序

1.概念介绍

2.动态+静态解析

3.代码示例

void shellsort(int* a, int n)
{
	int gap = n;
	while (gap > 1)
	{
		gap = gap / 3 + 1;
		for (int i = 0; i < n - gap; i++)
		{
			int end = i;
			int tmp = a[end + gap];
			while (end >= 0)
			{
				if (tmp < a[end])
				{
					a[end + gap] = a[end];
					end -= gap;
				}
				else break;
			}
			a[end + gap] = tmp;
		}
	}
}

4.番外

五.堆排序

1.概念介绍

2.静态解析

3.代码示例

void adjustdown(int* a, int parent, int n)
{
	int children = 2 * parent + 1;
	while (children < n)
	{
		if (children + 1 < n && a[children] < a[children + 1])
			children++;
		if (a[parent] < a[children])
		{
			swap(&a[parent], &a[children]);
			parent = children;
			children = 2 * parent + 1;
		}
		else break;
	}
}
void heapsort(int* a, int n)
{
	for (int i = (n - 1 - 1) / 2; i >= 0; i--)
	{
		adjustdown(a, i, n);
	}
	printarray(a, 10);
	int end = n;
	while (end > 0)
	{
		swap(&a[end - 1], &a[0]);
		end--;
		adjustdown(a, 0, end);
	}
}

六.快速排序

1.概念介绍

2.动态+静态解析

2.1霍尔法

2.2挖坑法

2.3前后指针法

3.代码实现

3.1霍尔法

void quicksortbyhoare(int* a, int begin, int end)
{
	if (begin >= end)
		return;
	int left = begin;
	int right = end;
	//三数取中法取key
	int key = midi(a, left, right);
	swap(&a[left], &a[key]);
	while (left < right)
	{
		while (left < right && a[right] >= a[key])
			right--;
		while (left < right && a[left] <= a[key])
			left++;
		swap(&a[left], &a[right]);
	}
	swap(&a[left], &a[key]);
	key = left;
	quicksortbyhoare(a, 0, key - 1);
	quicksortbyhoare(a, key + 1, end);
}

3.2挖坑法

void quicksortbydigging(int* a, int begin, int end)
{
	if (begin >= end)
		return;
	int left = begin;
	int right = end;
	int key = left;
	int tmp = a[key];
	while (left < right)
	{
		while (left < right && a[key] <= a[right])
			right--;
		if (left < right)
			a[left] = a[right];
		while (left < right && a[key] >= a[left])
			left++;
		if (left < right)
			a[right] = a[left];
	}
	a[left] = tmp;
	key = left;
	quicksortbydigging(a, 0, key - 1);
	quicksortbydigging(a, key + 1, end);
}

3.3前后指针法

void quicksortbypoints(int* a, int begin, int end)
{
	if (begin >= end)
		return;
	int prev = begin;
	int cur = prev + 1;
	int key = begin;
	while (cur <= end)
	{
		if (a[cur] < a[key] && ++prev != cur)
			swap(&a[cur], &a[prev]);
		cur++;
	}
	swap(&a[prev], &a[key]);
	key = prev;
	quicksortbypoints(a, 0, key - 1);
	quicksortbypoints(a, key + 1, end);
}

4.思路优化

4.1key的优化

把快速排序看成一个二叉树结构,树的高度一般为logn,时间复杂度为o(nlogn)

但对于一个有序数列或接近于有序的数列,key如果每次都取最左边或最右边.那么树的高度就会接近于n,时间复杂度就会变为o(n^2),这时快速排序的效率会大大减少,那么归根结底还是key的取法有问题,所以下面我们针对key的取法进行优化

4.1.1随机数取key
int key = rand() % (right - left);
key += left;
4.1.2三数取中法
int midi(int* a, int left, int right)
{
	int mid = (left + right) / 2;
	if (a[left] < a[mid])
	{
		if (a[mid] < a[right])
			return mid;
		else if (a[left] < a[right])
			return right;
		else return left;
	}
	else
	{
		if (right < a[mid])
			return mid;
		else if (a[left] < a[right])
			return left;
		else return right;
	}
}

4.2递归的优化

我们都知道递归需要频繁的创建函数栈帧,那么如果递归深度太高就有可能导致栈溢出,而操作系统提供给我们的栈的大小大约为8000000字节,所以我们可以考虑自己建一个栈来实现递归的效果

不会手撕栈的可以看我这篇文章

void quicksortbystack(int* a, int begin, int end)
{
	stack st;
	initstack(&st);
	pushstack(&st, end);
	pushstack(&st, begin);
	while (!isempty(&st))                                                                                                                          
	{
		int left = topstack(&st);
		popstack(&st);
		int right = topstack(&st);
		popstack(&st);
		int prev = left;
		int cur = prev + 1;
		int key = left;
		while (cur <= right)
		{
			if (a[cur] < a[key])
				swap(&a[cur], &a[prev]);
			cur++;
		}
		swap(&a[prev], &a[key]);
		key = prev;
		//left, key - 1    key    key + 1, right
		if (left < key - 1)
		{
			pushstack(&st, key - 1);
			pushstack(&st, left);
		}
		if (key + 1 < right)
		{
			pushstack(&st, right);
			pushstack(&st, key + 1);
		}
	}
	destroystack(&st);
}

 七.归并排序

1.概念介绍

2.动态解析+静态解析

2.1递归法

2.2非递归法

3.代码实现

3.1递归法

 
void _mergesort(int* a, int begin, int end, int* temp)
{
	if (begin >= end)
		return;
	//将区间分为左右两半
	int mid = (begin + end) / 2;
	//[begin,end]--->[begin , mid ] [mid+1,end]
	//开始递归拆开
	_mergesort(a, begin, mid, temp);
	_mergesort(a, mid+1, end, temp);
 
	//合并
	int begin1 = begin, end1 = mid;
	int begin2 = mid + 1, end2 = end;
	//i要从相对位置起
	int i = begin1;
	//如果两个区间有一个结束,就停止比较归并
	while (begin1 <= end1 && begin2 <= end2)
	{
		if (a[begin1] < a[begin2])
		{
			temp[i++] = a[begin1++];
		}
		else
		{
			temp[i++] = a[begin2++];
		}
	}
    //使用两个while将未归并完的数组进行追加
	while (begin1 <= end1)
	{
		temp[i++] = a[begin1++];
	}
	while (begin2 <= end2)
	{
		temp[i++] = a[begin2++];
	}
    //拷贝回去要使用相对位置
	memcpy(a+begin, temp+begin, (end-begin+1)*sizeof(int));
}
 
void mergesort(int* a, int n)
{
	int* temp = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
	//使用一个子函数进行排序
	_mergesort(a, 0, n - 1, temp);
	free(temp);
}

3.2非递归法

void mergesortnonr(int* a, int n)
{
	int* temp = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
	int gap = 1;
	//i 是要两组两组的跳过
	while (gap < n)
	{
		for (int i = 0; i < n; i += 2 * gap)
		{
			//区间  [i , i+gap-1] [i+gap,i+2*gap-1]
				//合并
			int begin1 = i, end1 = i + gap - 1;
			int begin2 = i + gap, end2 = i + 2 * gap - 1;
			//i要从相对位置起
			int j = begin1;
			//如果两个区间有一个结束,就停止比较归并
			while (begin1 <= end1 && begin2 <= end2)
			{
				if (a[begin1] < a[begin2])
				{
					temp[j++] = a[begin1++];
				}
				else
				{
					temp[j++] = a[begin2++];
				}
			}
			while (begin1 <= end1)
			{
				temp[j++] = a[begin1++];
			}
			while (begin2 <= end2)
			{
				temp[j++] = a[begin2++];
			}
		}
		memcpy(a, temp, n * sizeof(int));
		gap *= 2;
	}
}

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