C语言-4

排序算法简介

/*
    学习内容：
        冒泡排序（最基本的排序方法）
        选择排序（冒泡的优化）
        插入排序（在合适的位置插入合适的数据）
*/

/*
    排序分类：
        1.内部排序
            待需要进行排序的数据全部存放到内存中，再进行排序 
        2.外部排序
            在排序过程中，需要对外存进行访问
            待排序的数据数量很大，内存无法全部容纳所有的数据 
*/

冒泡排序

/*
    冒泡排序：
    ---思路分析（以升序为例）
        在一排数据中，将第一个与第二个比较大小
        如果后面的数据比前面的小，就交换它们的位置（冒泡一次）
        然后比较第二个和第三个
        ...
        直到比较第 n-1 个数据和第 n 个
        每一次比较都将较大的一个数据向后移动
        所以第 n 个是最大的
        所以就排好了一个数据（冒泡一趟）
*/

# include <stdio.h>

int main()
{
    // 定义一个无序一维数组
    int arr[] = { 5, 7, 9, 1, 6, 2, 4, 3, 0, 8 };

    // 遍历，打印数组
    printf("数组，排序前：\n");
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%-3d", arr[i]);
    }

    // 冒泡排序（升序：由小到大）
    int temp;
    for (int i = 0; i < 9; i++)
    {
        for (int j = 0; j < 9 - i; j++)
        {
            if (arr[j] > arr[j + 1])
            {
                temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
    }

    // 展示排序后，数组当前的结果
    printf("数组，排序后：\n");
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%-3d", arr[i]);
    }

}

选择排序

/*
    选择排序：
    ---思路分析（以升序为例）
            选择排序可以看作是冒泡排序的优化
        不再多次交换值，而是选择当前趟数的最大(或最小值)，最后再交换
            在 n 个数里，先找到最大的数，并且记录下标，然后将这个数与第 n 个数交换
        如果第 n 个数是最大的，那就不需要交换，重复比较，直到所有的数据排好序
*/

# include <stdio.h>

int main()
{
    // 定义一个无序一维数组
    int arr[] = { 5, 7, 9, 1, 6, 2, 4, 3, 0, 8 };


    // 遍历，打印数组
    printf("\n 数组，排序前：\n");
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%-3d", arr[i]);
    }


    // 选择排序（升序：由小到大）---> 选择排序：选择一个你认为最大的数
    int temp;
    int maxIndex;
    for (int i = 9; i > 0; i--)
    {
        maxIndex = 0;    // 每次我都认为第一个最大，选择第一个，并记录下第一个的序号
        for (int j = 0; j <= i; j++)
        {
            if (arr[maxIndex] < arr[j])
            {
                maxIndex = j;
            }
        }

        if (maxIndex != i)
        {
            temp = arr[i];
            arr[i] = arr[maxIndex];
            arr[maxIndex] = temp;
        }

    }
    

    // 展示排序后，数组当前的结果
    printf("\n 数组，排序后：\n");
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%-3d", arr[i]);
    }

}

插入排序

/*
    插入排序：
    ---思路分析（以升序为例）
        以第一个数为基准，后面的所有数都向着第一个数的方向，插队前进（这种插队不能跳着插队，只能插完一个继续接着插，前提是满足条件才能插队）
        其本质原理：依靠数与数之间的“相对关系”，从而将其整体排好序！

            1.轮到第一个数发挥            第一个数无法插队，它只能站着不动，停止插队
            2.轮到第二个数发挥            它和前面的数比较大小，若满足条件，则插一个队，然后停止插队（即：最多能够插队1次）
            3.轮到第三个数发挥            和前面的数比较大小，若满足条件，则插一个队，再继续和前面的数比较大小，若满足条件，则再插一个队，然后停止插队（即：最多能够插队2次）
            4.轮到第四个数发挥            比较大小，若可以，插一个队，再继续比较大小，若可以，再插一个队......（即：最多能够插队3次）
            5.轮到第五个数发挥            ......（即：最多能够插队4次）
            6.轮到第六个数发挥            ......（即：最多能够插队5次）

*/

# include <stdio.h>

int main()
{
    // 定义一个无序一维数组
    int arr[] = { 7, 5, 9, 1, 6, 2, 4, 3, 0, 8 };


    // 遍历，打印数组
    printf("\n 数组，排序前：\n");
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%-3d", arr[i]);
    }


    // 插入排序（升序：由小到大） 
    int temp = 0;
    for (int i = 1; i < 10; i++)    // 轮到第 ？个数发挥
    {

        for (int j = i - 1; j >= 0; j--)    // 【比较、插队】，再【比较、插队】，再再【比较、插队】......
        {
            if (arr[j + 1] < arr[j])    // 满足插队条件
            {
                temp = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = arr[j];
                arr[j] = temp;
            }
            else   // 不满足插队条件
            {
                break;        // 没有达到"最多能插队的次数"，就停止插队了，请马上自我了断，不要再进行无意义的比较，从而提高效率
            }
        }

    }


    // 展示排序后，数组当前的结果
    printf("\n 数组，排序后：\n");
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%-3d", arr[i]);
    }

    return 0;
}

线性表

/*
    1.线性表：
       ---数据结构中最简单的一种存储结构，专门用于存储逻辑关系为"一对一"的数据 

    2.线性表存储结构，可细分为"顺序存储结构"和"链式存储结构"，即如下所示
        线性表：
            1.顺序表（顺序存储结构）
            2.链表（链式存储结构）

    3.存储的类型要求
        使用线性表存储的数据，如同向数组中存储数据那样要求数据类型必须一致
        线性表存储的数据，要么全部都是整型，要么全部都是字符串
        一半整型，另一半是字符串的一组数据无法使用线性表存储

    4.前驱与后继：
        一组数据中的每个个体被称为“数据元素”（简称为“元素”）
            1.前驱
                某一元素的左侧相邻元素称为“直接前驱”，位于此元素左侧的所有元素都统称为“前驱元素”
            2.后继
                某一元素的后侧相邻元素称为“直接后继”，位于此元素右侧的所有元素都统称为“后继元素”
*/

顺序表

/*
    顺序表:
    ---它对数据的物理存储结构有要求
       顺序表存储数据时,会提前申请一块足够大小的内存
       然后将数据依次存储起来
       存储时做到数据元素之间不留一丝缝隙（即：连续）

*/

初始化顺序表

# include <stdio.h>
# include <malloc.h>


// 定义表格类型
typedef struct
{
    int* head;        // 指针，存储申请的内存首地址
    int length;        // 当前数据个数
    int size;        // 元素个数（最大容量）

}Table;


// 生成表格的函数
Table tableFunc()
{
    Table t;        // 定义一个变量 t ，其类型为“表格类型”
    // t 表格的初始化
    t.size = 5;                                // 表格最大容量（元素个数） = 5
    t.length = 0;                            // 表格当前数据个数（元素个数）= 0
    t.head = (int*)calloc(t.size,sizeof(int));    // 为表格开辟内存，并把内存首地址赋值给 t.head
    // 注意！上面的申请内存操作可能会出现申请失败的情况，返回值为 NULL
    if (!NULL)
    {
        printf("申请内存失败，程序终止！\n");
        exit(0);
    }
    
    return t;    // 返回 t 表格
}


int main()
{
    Table myTab = tableFunc();

    printf("%d \n", myTab.size);
    printf("%d \n", myTab.length);
    printf("%X \n", myTab.head);    // 内存地址一般用 %X 十六进制展示


    return 0;
}

顺序表的增删查改

/*
    顺序表元素：
    1.查（可以使用查找算法：  1.顺序查找    2.二分法查找）
    2.改
    3.增(增加到前面、中间、后面)------知识点补充：扩容函数：realloc(需要扩容的指针"*p",扩容后总的大小)
    4.删
*/

链表

/*
    1.链表：
        1.链表是通过指针，将不连续的内存连接起来，实现链式存储的

        2.内存实际上是不同时机申请的，地址不一定连续，但是可以通过指针联系起来

        3.链表是数据结构中线性表的一种，其中的每个元素实际上是一个“单独的结构体变量”，
        所有变量都“通过”每个元素中的“指针”连接在一起。

        4.以结构体为节点，将一个结构体看成“数据域”和“指针域”两个部分，
        “数据域”用于“存储数据”，“指针域”用于“连接下一个节点”，链表中每个结构体对象叫做节点，
        其中，第一个数据节点，叫做链表的“首元结点”。

        5.如果第一个节点不用于存储数据，只用于代表链表的起始点，则这个结点称为链表的“头结点”。
        

    2.链表特点：
        1.没有固定长度
        2.可以快速的插入和删除链表中的节点

    
    3.链表分很多种，单链表是其中最简单的一种（如下图）

*/

单链表

/*
    <单链表>

    1.链表节点一般是自定义的结构体类型

    2.结构体一般包含两部分：数据、指针
        数据：当前节点里面需要的数据
        指针：指向下一个节点（最后一个节点置空 为“尾节点”） 

*/

创建单链表

• 项目结构
  

• 源代码

// main.c

# include <stdio.h>
# include "myList.h"

int main()
{
    Node* pList=CreateList(5);    // 创建一个可以存储5个东西的链表，并将返回值“地址”赋值给变量 pList
    showList(pList);    // 展示链表
    return 0;
}

// myList.c

# include <stdio.h>
# include "myList.h"
# include <stdlib.h>    // 申请内存时候要用

/*
创建链表
参    数：长度
返回值：头指针
*/
Node* CreateList(int length)
{
    // 判断长度
    if (length <= 0)
    {
        printf("Length Error!\n");
        return NULL;
    }

    // 开始创建链表

    // 1.创建头指针和尾指针
    Node *phead, *ptail;
    phead = ptail = NULL;

    // 2.申请内存：头结点
    phead = (Node*)malloc(sizeof(Node));

    // 3.处理异常情况
    if (NULL == phead)
    {
        perror("malloc failed!");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 4.给头结点初值
    phead->pnext = NULL;    // 等价于 (*phead).pnext = NULL;
    phead->num = 0;

    // 5.尾指针
    ptail = phead;

    // 6.向头结点后面添加结点
    Node* p;
    DataType n;
    for (int i = 0; i < length; i++)
    {
        // 6.1 申请一个结点，检测，给值
         p= (Node*)malloc(sizeof(Node));
         if (NULL == p)
         {
             perror("malloc failed!");
             exit(EXIT_FAILURE);
         }
         p->pnext = NULL;
         printf("请输入数值>>>");
         scanf("%d", &n);
         p->num = n;

         // 6.2 将新申请的结点添加到链表中
         ptail->pnext = p;
         ptail = p;        // 更新尾结点
    }


    return phead;    // 9.返回头指针
}



/*
遍历链表
参    数：头指针
返回值：空
*/
void showList(const Node* const p)
{
    // 从首元结点开始遍历，而不是头结点（因为我们不使用头结点去存储值）
    Node* temp = p->pnext;
    if (NULL == temp)
    {
        printf("List is NULL!\n");
        return ;
    }
    printf("\n*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*\n");
    printf("当前链表数据：\n");
    while (temp)
    {
        printf("%-5d", temp->num);
        temp = temp->pnext;
    }
    printf("\n*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*\n");
}

// myList.h

#ifndef _MYLIST_    // 防止重复定义
#define    _MYLIST_

typedef int DataType;    // 可以灵活改变数据类型

struct node
{
    struct node* pnext;        // 指针域
    DataType num;            // 数据域
};

typedef struct node Node;    // 给结构体类型取别名



/*
    创建链表
    参    数：长度
    返回值：头指针
*/
Node* CreateList(int length);



/*
    遍历链表
    参    数：头指针
    返回值：空
*/
void showList(const Node* const p);



#endif    // _MYLIST_ 定义结束

单链表的查改增删

/*
    单链表的查、改、增、删
        1.查：确定查找方式，查找之后一般会返回“结点首地址”或者返回 NULL
        2.改：找到目标元素，直接修改该元素的值
        3.增：一定注意不能丢失指针指向
        4.删：记得释放内存

*/

栈

/*
    栈的定义：
    ---栈是一种只能从表的一端存储数据，且遵循“先进后出”原则的"线性存储结构"
        1.栈只能从一端(栈顶)取出，另一端(栈底)是封闭的
        2.在栈中，都必须从“栈顶”存储数据，且遵循“先进后出”原则

    
    入栈和出栈：
        1.入栈：将数据存到栈里面去 
        2.出栈：将数据从站里面取出来


    栈的实现方法：
    ---栈：“特殊”的线性存储结构
        1.顺序表：顺序栈（顺序存储结构）
        2.链  表：链  栈（链式存储结构）

*/

实现顺序栈

# include <stdio.h>

/* 1.元素入栈 */
// 参  数：存储结构，栈顶 top，数据 value
// 返回值： top
int putEle(int* arr, int top, int value)
{
    arr[++top] = value;
    return top;
}

/* 2.元素入栈 */
// 参  数：存储结构，栈顶 top
// 返回值： top
int takeEle(int* arr, int top)
{
    // 先判断
    if (top <= -1)
    {
        printf("操作失败！空栈！\n");
        return -1;
    }
    printf("当前出栈元素的值：%d\n", arr[top]);
    top--;
    return top;
}

int main()
{
    // 顺序表：为了理解简单化，我们使用列表
    int a[100];

    // top (记录栈顶)
    int top = -1;

    // 入栈(入5个)
    top = putEle(a, top, 1);
    top = putEle(a, top, 2);
    top = putEle(a, top, 3);
    top = putEle(a, top, 4);
    top = putEle(a, top, 5);

    // 出栈（出6个）
    top = takeEle(a, top);
    top = takeEle(a, top);
    top = takeEle(a, top);
    top = takeEle(a, top);
    top = takeEle(a, top);
    top = takeEle(a, top);

    return 0;
}

实现链栈

/*
    链栈：
        一般来说，我们将链表的“头结点”作为栈顶，“尾结点”作为栈底，这样的效率高一些（如图所示）

    注意事项：
        “头结点”是不断更新的，即“头结点”永远是“刚进来”的那个
        “尾结点”是不会更新的，即“尾结点”永远是“第一个进来”的那个

    ---如果用另外一种方式：
        头结点”作为栈底，“尾结点”作为栈顶，这种方式，每次新的元素入栈，都要从栈底遍历一遍到栈顶，才能入栈成功
        将会遍历很多次，效率非常低下
*/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct Node
{
    int data;
    struct Node* pnext;

}Node;


// 入栈函数
Node* eleIn(Node* p, int num)
{
    Node* temp = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    temp->data = num;
    temp->pnext = p;
    p=temp;
    printf("当前进栈元素的值：%d\n", num);
    return p;
}


// 出栈函数
Node* eleOut(Node* p)
{
    if (p)
    {
        Node* temp = p;
        printf("当前出栈元素的值：%d\n", temp->data);
        p = temp->pnext;
        free(temp);
        temp = NULL;
    }
    else
    {
        printf("栈是空的！\n");
    }

    return p;
}



int main()
{
    Node* p = NULL;

    // 进栈(5次)
    p = eleIn(p, 1);
    p = eleIn(p, 2);
    p = eleIn(p, 3);
    p = eleIn(p, 4);
    p = eleIn(p, 5);

    printf("*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*\n");

    // 出栈（6次）
    p = eleOut(p);
    p = eleOut(p);
    p = eleOut(p);
    p = eleOut(p);
    p = eleOut(p);
    p = eleOut(p);

    return 0;
}

队列

/*
    <队列>

    1. 什么是队列
        队列：两端“开口”
        要求：只能从一端进入队列，另一端出队列

    2.队头和队尾
        队头：数据出队列的一端
        队尾：数据进队列的一端 

    3.实现队列
        1.顺序表：顺序队列
        2.链表：链式队列

*/

顺序队列

#include <stdio.h>


// 进队函数
int eleIn(int* arr,int tail,int num)
{
    arr[++tail] = num;
    printf("当前进入队列元素的值：%d\n", num);
    return tail;
}


// 出队（全部出队）
void allOut(int* arr, int head, int tail)
{
    while (head != tail)
    {
        printf("当前离开队列元素的值：%d\n", arr[head++]);
    }
    printf("当前离开队列元素的值：%d\n", arr[head++]);
}



int main()
{
    int a[10];    // 定义数组，用于存储数据
    int head = 0;
    int tail = -1;

    // 入队（进入5）
    tail = eleIn(a, tail, 1);
    tail = eleIn(a, tail, 2);
    tail = eleIn(a, tail, 3);
    tail = eleIn(a, tail, 4);
    tail = eleIn(a, tail, 5);

    printf("*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*\n");

    // 出队（全出去）
    allOut(a, head, tail);

    return 0;
}

链式队列

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>


// 创建结点类型
typedef struct QNode
{
    int data;
    struct QNode* pnext;
}QNode;


// 生成“头结点”的函数
createQueue()
{
    QNode* temp = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
    temp->data = 0;
    temp->pnext = NULL;
    return temp;
}


// 入队
eleIn(QNode* p, int num)    // 参数：（尾指针，要存储的数据）
{
    QNode* temp = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
    temp->data = num;
    printf("当前进入队列元素的值：%d\n", num);
    temp->pnext = NULL;
    p->pnext = temp;
    p = temp;
    
    return p ;
}


// 出队
void eleOut(QNode* phead)
{
    if (phead->pnext)    // “头结点”存储的地址不为空
    {
        QNode* temp = phead->pnext;    // “头结点”后面的首元结点
        printf("当前离开队列元素的值：%d\n", temp->data);
        phead->pnext = temp->pnext;
        free(temp);
        temp = NULL;
    }
    else
    {
        printf("队列为空！\n");
    }

    // return ;
}


int main()
{
    // 头指针和尾指针
    QNode* phead = NULL;
    QNode* ptail = NULL;
    
    // “上面的两针”都指向生成的“头结点”
    phead = ptail = createQueue();

    // 入队（进入5）
    ptail = eleIn(ptail, 1);
    ptail = eleIn(ptail, 2);
    ptail = eleIn(ptail, 3);
    ptail = eleIn(ptail, 4);
    ptail = eleIn(ptail, 5);

    printf("*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*\n");

    // 出队（出去6）
    eleOut(phead);
    eleOut(phead);
    eleOut(phead);
    eleOut(phead);
    eleOut(phead);
    eleOut(phead);

    return 0;
}