简单选择排序(Simple Select Sort)

本文详细介绍简单选择排序算法的原理及实现过程,通过示例代码展示了如何在C语言中实现该算法,并提供了递归版本的选择排序。

简单选择排序(Simple Select Sort)


简单选择排序是入门级别的排序算法,算法易懂,实现简单。

假设现在有一个待排序序列,长度是n,要求从小到大排序。

简单选择排序将要进行n-1次外循环(不需要进行n次,因为n个元素中已经有n-1个是确定了的,最后一个当然也是确定了的),在每次外循环中选择一个最小的/最大的放置在当前选择范围的最左边/最右边。

在第0次外循环时,内循环选择位置0至位置n-1的(共n个数字)最小的数字放置在位置0处;
在第1次外循环时,内循环选择位置1至位置n-1的(共n-1个数字)最小的数字放置在位置1处;
……

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

/************************************************
 * 函数名称:print_array
 * 参数列表:1.int *parray:一个int类型指针,指向一个数组首地址
 *           2.int n:一个int类型变量,指明数组大小
 * 函数描述:输出数组中每个元素
 * 返回值  :void
 * Author  :test1280
 * History :2017/04/14
 * *********************************************/
void print_array(int *parray, int n)
{
    int i;
    for (i=0; i<n; i++)
    {   
        printf("%d ", parray[i]);   
    }   
    printf("\n");
}

/************************************************
 * 函数名称:selectSort
 * 参数列表:1.int *parray:一个int类型指针,指向一个数组首地址
 *           2.int n:一个int类型变量,指明数组大小
 * 函数描述:简单选择排序
 * 返回值  :void
 * Author  :test1280
 * History :2017/04/15
 * *********************************************/
void selectSort(int *parray, int n)
{
    int i, j;
    int minIdx;
    int tmp;
    for (i=0; i<n-1; i++)
    {
        minIdx = i;

        printf("----------------------------------\n");
        printf("before swap:minIdx=%d, i=%d\narray:\n", minIdx, i);
        print_array(parray, 8);

        for (j=i+1; j<n; j++)
        {
            if (parray[minIdx]>parray[j])
            {
                minIdx = j;
            }
        }
        if (i!=minIdx)
        {
            tmp = parray[i];
            parray[i] = parray[minIdx];
            parray[minIdx] = tmp;
        }
        printf("after swap:minIdx=%d, i=%d\narray:\n", minIdx, i);
        print_array(parray, 8);
        printf("----------------------------------\n\n");
    }
}

int main()
{
    int array[8] = {49, 38, 65, 97, 76, 13, 27, 49};
    print_array(array, 8);
    selectSort(array, 8);
    print_array(array, 8);
    return 0;
}

输出如下:

[test1280@localhost sort]$ ./main 
49 38 65 97 76 13 27 49 
----------------------------------
before swap:minIdx=0, i=0
array:
49 38 65 97 76 13 27 49 
after swap:minIdx=5, i=0
array:
13 38 65 97 76 49 27 49 
----------------------------------

----------------------------------
before swap:minIdx=1, i=1
array:
13 38 65 97 76 49 27 49 
after swap:minIdx=6, i=1
array:
13 27 65 97 76 49 38 49 
----------------------------------

----------------------------------
before swap:minIdx=2, i=2
array:
13 27 65 97 76 49 38 49 
after swap:minIdx=6, i=2
array:
13 27 38 97 76 49 65 49 
----------------------------------

----------------------------------
before swap:minIdx=3, i=3
array:
13 27 38 97 76 49 65 49 
after swap:minIdx=5, i=3
array:
13 27 38 49 76 97 65 49 
----------------------------------

----------------------------------
before swap:minIdx=4, i=4
array:
13 27 38 49 76 97 65 49 
after swap:minIdx=7, i=4
array:
13 27 38 49 49 97 65 76 
----------------------------------

----------------------------------
before swap:minIdx=5, i=5
array:
13 27 38 49 49 97 65 76 
after swap:minIdx=6, i=5
array:
13 27 38 49 49 65 97 76 
----------------------------------

----------------------------------
before swap:minIdx=6, i=6
array:
13 27 38 49 49 65 97 76 
after swap:minIdx=7, i=6
array:
13 27 38 49 49 65 76 97 
----------------------------------

13 27 38 49 49 65 76 97 
[test1280@localhost sort]$


示意图:

49 38 65 97 76 13 27 49 中最小的是13,那么把13的下标记录下来,到最后和最初的下标值比较,如果不相等,那么就交换两个元素。

注意下,对比冒泡排序,当待排序序列中每个对象比较复杂的时候,显然以简单选择排序,可以减少很多不必要的构造函数的调用,效率会高很多。

交换后为:

13 38 65 97 76 49 27 49

这样,13一定是最后排好序中最小的那个,位置已经确定。

现在继续从位置1处到位置n-1处的n-1个数字排序:

最小的是27,

13 38 65 97 76 49 27 49

最后发现初始minIdx是1,最小值的下标是6,进行交换:

13 27 65 97 76 49 38 49

以此类推。

也可以将大数放置在右侧,如下:

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

/************************************************
 * 函数名称:print_array
 * 参数列表:1.int *parray:一个int类型指针,指向一个数组首地址
 *           2.int n:一个int类型变量,指明数组大小
 * 函数描述:输出数组中每个元素
 * 返回值  :void
 * Author  :test1280
 * History :2017/04/14
 * *********************************************/
void print_array(int *parray, int n)
{
    int i;
    for (i=0; i<n; i++)
    {
        printf("%d ", parray[i]);
    }
    printf("\n");
}

/************************************************
 * 函数名称:selectSort
 * 参数列表:1.int *parray:一个int类型指针,指向一个数组首地址
 *           2.int n:一个int类型变量,指明数组大小
 * 函数描述:简单选择排序
 * 返回值  :void
 * Author  :test1280
 * History :2017/04/15
 * *********************************************/
void selectSort(int *parray, int n)
{
    int i, j;
    int maxIdx;
    int tmp;
    for (i=n-1; i>0; i--)
    {
        maxIdx = i;

        printf("----------------------------------\n");
        printf("before swap:maxIdx=%d, i=%d\narray:\n", maxIdx, i);
        print_array(parray, 8);

        for (j=0; j<i; j++)
        {
            if (parray[maxIdx]<parray[j])
            {
                maxIdx = j;
            }
        }
        if (i!=maxIdx)
        {
            tmp = parray[i];
            parray[i] = parray[maxIdx];
            parray[maxIdx] = tmp;
        }
        printf("after swap:maxIdx=%d, i=%d\narray:\n", maxIdx, i);
        print_array(parray, 8);
        printf("----------------------------------\n\n");
    }
}

int main()
{
    int array[8] = {49, 38, 65, 97, 76, 13, 27, 49};
    print_array(array, 8);
    selectSort(array, 8);
    print_array(array, 8);
    return 0;
}

输出如下:

[test1280@localhost sort]$ ./main
49 38 65 97 76 13 27 49 
----------------------------------
before swap:maxIdx=7, i=7
array:
49 38 65 97 76 13 27 49 
after swap:maxIdx=3, i=7
array:
49 38 65 49 76 13 27 97 
----------------------------------

----------------------------------
before swap:maxIdx=6, i=6
array:
49 38 65 49 76 13 27 97 
after swap:maxIdx=4, i=6
array:
49 38 65 49 27 13 76 97 
----------------------------------

----------------------------------
before swap:maxIdx=5, i=5
array:
49 38 65 49 27 13 76 97 
after swap:maxIdx=2, i=5
array:
49 38 13 49 27 65 76 97 
----------------------------------

----------------------------------
before swap:maxIdx=4, i=4
array:
49 38 13 49 27 65 76 97 
after swap:maxIdx=0, i=4
array:
27 38 13 49 49 65 76 97 
----------------------------------

----------------------------------
before swap:maxIdx=3, i=3
array:
27 38 13 49 49 65 76 97 
after swap:maxIdx=3, i=3
array:
27 38 13 49 49 65 76 97 
----------------------------------

----------------------------------
before swap:maxIdx=2, i=2
array:
27 38 13 49 49 65 76 97 
after swap:maxIdx=1, i=2
array:
27 13 38 49 49 65 76 97 
----------------------------------

----------------------------------
before swap:maxIdx=1, i=1
array:
27 13 38 49 49 65 76 97 
after swap:maxIdx=0, i=1
array:
13 27 38 49 49 65 76 97 
----------------------------------

13 27 38 49 49 65 76 97 
[test1280@localhost sort]$

区别不是很大,不再赘述。

忽然想起来昨天的快速排序,是分治+挖坑填坑来做的,那能不能用分治到这里的简单选择排序呢?

递归版简单选择排序:

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

/************************************************
 * 函数名称:print_array
 * 参数列表:1.int *parray:一个int类型指针,指向一个数组首地址
 *           2.int n:一个int类型变量,指明数组大小
 * 函数描述:输出数组中每个元素
 * 返回值  :void
 * Author  :test1280
 * History :2017/04/14
 * *********************************************/
void print_array(int *parray, int n)
{
    int i;
    for (i=0; i<n; i++)
    {   
        printf("%d ", parray[i]);   
    }   
    printf("\n");
}

/************************************************
 * 函数名称:selectSort
 * 参数列表:1.int *parray:一个int类型指针,指向一个数组首地址
 *           2.int n:一个int类型变量,指明数组大小
 * 函数描述:简单选择排序
 * 返回值  :void
 * Author  :test1280
 * History :2017/04/15
 * *********************************************/
void selectSort(int *parray, int n)
{
    int i;
    int maxIdx = n-1;
    for (i=0; i<n-1; i++)
    {
        if (parray[i]>parray[maxIdx])
        {
            maxIdx = i;
        }
    }
    if (maxIdx != (n-1))
    {
        int tmp = parray[n-1];
        parray[n-1] = parray[maxIdx];
        parray[maxIdx] = tmp;
    }
    if (n==2)
        return;
    selectSort(parray, n-1);
}

int main()
{
    int array[8] = {49, 38, 65, 97, 76, 13, 27, 49};
    print_array(array, 8);
    selectSort(array, 8);
    print_array(array, 8);
    return 0;
}

一开始写的时候直接错了……原来忘记了递归结束的条件。。。切记加上递归结束的条件。

当待排序数组为2时,排序完毕后已经不需要再排序了。

Over。


<think>首先,用户的问题是基于之前的对话和引用内容,确认简单选择排序是否为稳定排序算法。用户提供了多个引用,我需要参考这些引用来回答问题。 回顾引用内容: - 引用[1]:明确指出选择排序是不稳定的排序算法,因为相等元素的相对位置可能改变。 - 引用[2]:举例证明选择排序不稳定,例如序列5 8 5 2 9,第一趟选择后,第一个5和2交换,导致两个5的相对顺序改变。 - 引用[3]:确认选择排序不是稳定排序算法。 - 引用[4]:讨论简单选择排序的稳定性,指出它是不稳定的,因为交换可能改变相等元素的顺序。 - 引用[5]:提供简单选择排序的代码实现,但没有直接讨论稳定性。 从这些引用中,可以总结出:简单选择排序是不稳定排序算法。 我的回答需要: - 清晰、结构良好。 - 使用中文。 - 包含数学表达式时,用$...$或$$...$$格式。 - 在引用内容后自然地添加引用标识,如[^1]。 - 最后生成相关问题。 回答结构: 1. **定义稳定排序算法**:简要解释什么是稳定排序算法。 2. **解释简单选择排序的工作原理**:描述算法步骤。 3. **分析稳定性**:说明为什么简单选择排序不稳定,并用例子证明。 4. **结论**:确认它是不稳定排序算法。 5. **代码示例(可选)**:如果有助于理解,可以展示代码。 6. **生成相关问题**:基于主题,生成3个相关问题。 生成相关问题: 1. 简单选择排序的时间复杂度是多少? 2. 如何修改简单选择排序使其成为稳定排序算法? 3. 稳定排序算法有哪些实际应用场景? 确保回答真实可靠,基于引用内容。</think>### 简单选择排序是否为稳定排序算法简单选择排序Simple Selection Sort)是一种基于比较的排序算法,其核心思想是**重复从未排序部分选择最小(或最大)元素,与当前未排序序列的起始位置交换**。根据算法原理和示例分析,**简单选择排序不是稳定排序算法**。下面逐步解释原因。 --- #### 1. **稳定排序算法的定义** 在排序算法中,稳定性是指:如果序列中存在多个具有相同关键字的元素(例如相同的值),排序后这些元素的相对顺序(即原序列中的先后位置)保持不变[^4]。例如: - 原序列:$[ (3, \text{A}), (2, \text{B}), (3, \text{C}) ]$(其中数字为关键字,字母为辅助信息)。 - 稳定排序后:$[ (2, \text{B}), (3, \text{A}), (3, \text{C}) ]$(两个关键字为3的元素顺序未变)。 - 不稳定排序后:$[ (2, \text{B}), (3, \text{C}), (3, \text{A}) ]$(两个3的相对顺序改变)。 稳定性在某些场景(如多关键字排序)中至关重要[^4]。 --- #### 2. **简单选择排序的工作原理** 算法步骤如下(假设升序排序): - **步骤1**:从数组第1个位置开始,扫描未排序部分($i$ 到 $n$),找到最小元素的下标 $k$。 - **步骤2**:交换第 $i$ 个元素与最小元素(下标 $k$)。 - **步骤3**:忽略已排序部分,重复步骤1-2,直到所有元素有序。 算法的时间复杂度为 $O(n^2)$,空间复杂度为 $O(1)$[^3][^5]。 --- #### 3. **为什么简单选择排序不稳定?** 不稳定性的根源在于**交换操作可能破坏相等元素的相对顺序**。具体分析: - **问题点**:当序列中存在多个相等元素时,算法在查找最小元素时可能选择任意一个,交换时可能将后方的相等元素移动到前方相等元素之前[^1][^2]。 - **示例证明**:考虑序列 $[5_1, 8, 5_2, 2, 9]$(下标用于区分相同元素)。 - 第一趟:找到最小元素是 $2$(位置4),与第1个元素 $5_1$ 交换。 - 交换后序列:$[2, 8, 5_2, 5_1, 9]$。 - 结果:$5_1$ 和 $5_2$ 的相对顺序改变(原序列 $5_1$ 在 $5_2$ 前,排序后 $5_2$ 在 $5_1$ 前)[^2][^4]。 这个例子说明,简单选择排序的交换操作不保证相等元素的稳定性。 --- #### 4. **代码实现与稳定性分析** 参考引用[^5]的代码,交换逻辑直接导致不稳定性: ```c // 获取未排序部分最小元素的索引 int GetMin(int* ar, int left, int right) { int min = ar[left]; int index = left; for (int i = left + 1; i < right; i++) { if (ar[i] < min) { // 只比较值,不处理相等元素顺序 min = ar[i]; index = i; } } return index; } // 简单选择排序主体 void SelectSort(int* ar, int left, int right) { for (int i = left; i < right - 1; i++) { int index = GetMin(ar, i, right); if (index != i) { Swap(&ar[i], &ar[index]); // 交换操作可能破坏稳定性 } } } ``` - **关键问题**:`GetMin` 函数在遇到相等元素时,会优先选择索引更小的元素(因为 `if (ar[i] < min)` 只在严格小于时更新),但交换时可能将后方的相等元素移到前面[^2][^4]。 --- #### 5. **结论** 简单选择排序**不是稳定排序算法**,因为其交换机制无法保证相等元素的相对顺序不变。如果需要稳定排序,可改用以下算法: - **稳定排序替代方案**:如插入排序($O(n^2)$)或归并排序($O(n \log n)$)[^1]。 --- ### 相关问题 1. 简单选择排序的时间复杂度如何分析?为什么总是 $O(n^2)$? 2. 如何修改简单选择排序的代码使其成为稳定排序算法? 3. 在实际应用中,哪些场景必须使用稳定排序算法
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