排序算法

本文详细介绍了十一种经典的排序算法,包括直接插入排序、折半插入排序、希尔排序、冒泡排序、选择排序、归并排序、堆排序、计数排序、桶排序、基数排序和快速排序。每种算法都提供了详细的实现代码及关键步骤说明。

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一、直接插入排序

void insertion_sort(int a[],const int start,const int end)
{
    int tmp;
    int i,j;
    
    for(i = start + 1;i < end;i++)
    {
        tmp = a[i];
        for(j = i - 1; j >= start && tmp < a[j];j--)
            a[j+1] = a[j];
        a[j+1] = tmp;
    }
}

二、折半插入排序

void binary_insertion_sort(int a[],const int start,const int end)
{
    int i,j;

    for(i = start + 1;i < end;i++)
    {
        int tmp = a[i];
        int left = start;
        int right = i - 1;
        while(left <= right)
        {
            int mid = left + (right-left>>1);
            if(tmp < a[mid])
                right = mid - 1;
            else
                left = mid + 1;
        }
        for(j = i - 1; j >= left;j--)//left为第一个大于tmp的位置
            a[j+1] = a[j];
        a[left] = tmp;
    }
}

三、希尔排序

//目前最快的增量序列为Sedgewick序列:1,5,19...且实践中快于堆排序
void shell_sort(int a[],const int start,const int end)
{
    int tmp,gap;
    int i,j;

    for(gap = (end-start>>1);gap > 0;gap >>= 1)
        for(i = start+gap;i < end;i++)
        {
            tmp = a[i];
            for(j = i - gap;j >= start && tmp < a[j];j-=gap)
                a[j+gap] = a[j];
            a[j+gap] = tmp;
        }
}

四、冒泡排序

void bubble_sort(int a[],const int start,const int end)
{
    int i,j;
    int tmp,exchange;

    for(i = start; i < end - 1;i++)
    {
        exchange = 0;
        for(j = end - 1; j > i;j--)
            if(a[j-1] > a[j])
            {
                tmp = a[j-1];
                a[j-1] = a[j];
                a[j] = tmp;
                exchange = 1;
            }
        if(!exchange)   //本趟无逆序,停止处理
            return ;
    }
}

五、选择排序

void selection_sort(int a[],const int start,const int end)
{
    int tmp;
    int i,j,k;

    for(i = start; i < end;i++)
    {
        k = i;
        for(j = i+1;j < end;j++)
            if(a[j] < a[k])
                k = j;
        if(k != i)
        {
            tmp = a[i];
            a[i] = a[k];
            a[k] = tmp;
        }
    }
}

六、归并排序

//tmp数组与a等长,全程排序只需这一个辅助数组
void merge(int a[],int tmp[],const int start,const int mid,const int end)
{
    int i,j,k;

    for(i = 0; i < end;i++)
        tmp[i] = a[i];
    i = start,j = mid,k = start;
    while(i < mid && j < end)
        if(tmp[i] < tmp[j])
            a[k++] = tmp[i++];
        else
            a[k++] = tmp[j++];
    //其中之一有剩余,两者只执行一个
    while(i < mid)
        a[k++] = tmp[i++];
    while(j < end)
        a[k++] = tmp[j++];
}
void merge_sort(int a[],int tmp[],const int start,const int end)
{
    if(start < end - 1)
    {
        const int mid = start + (end-start>>1);
        merge_sort(a,tmp,start,mid);
        merge_sort(a,tmp,mid,end);
        merge(a,tmp,start,mid,end);
    }
}

七、堆排序

#define LeftChild(i) (2*(i) + 1)    //从0开始
void percolate_down(int a[],int i,int n)
{
    int tmp,child;

    for(tmp = a[i];LeftChild(i) < n;i = child)
    {
        child = LeftChild(i);
        if(child != n-1 && a[child+1] > a[child])
            child++;
        if(tmp < a[child])
            a[i] = a[child];
        else
            break;
    }
    a[i] = tmp;
}
void heap_sort(int a[],int n)
{
    int i;

    for(i = n/2;i >= 0;i--) //build heap
        percolate_down(a,i,n);
    for(i = n-1;i > 0;i--)
    {
        swap(a[0],a[i]);  //delete max
        percolate_down(a,0,i);
    }
}

八、计数排序

void counting_sort(int *ini_arr, int *sorted_arr, int n)
{
    int *count_arr = (int *)malloc(sizeof(int) * 100);
    int i;
    for(i = 0; i < 100; i++)
        count_arr[i] = 0;

    for(i = 0; i < n; i++)
        count_arr[ini_arr[i]]++;

    for(i = 1; i < 100; i++)
        count_arr[i] += count_arr[i-1];

    for(i = n; i > 0; i--)  //稳定的关键是从后往前
    {
        sorted_arr[count_arr[ini_arr[i-1]]-1] = ini_arr[i-1];
        count_arr[ini_arr[i-1]]--;
    }
    free(count_arr);
}

九、桶排序

Bucket-Sort(A)                  //最简单的情况是一个桶一个整数
    let B[0..n-1] be a new array
    n = A.lenghtS
    for i = 0 to n - 1
        make B[i] an empty list
    for i = 1 to n 
        insert A[i] into list B[nA[i]]
    for i = 0 to n - 1
        sort list B[i] with insertion sort
    concatenate the lists B[0], B[1]....B[n - 1] togather in order

十、基数排序

#define MAX 100
#define BASE 10
//基于计数排序
void radix_sort(int *a, int n)
{
    int i, b[MAX], m = a[0], exp = 1;

    for (i = 1; i < n; i++)
        if (a[i] > m)
            m = a[i];

    while (m / exp > 0)
    {
        int bucket[BASE] = { 0 };

        for (i = 0; i < n; i++)
            bucket[(a[i] / exp) % BASE]++;

        for (i = 1; i < BASE; i++)
            bucket[i] += bucket[i - 1];

        for (i = n - 1; i >= 0; i--)
            b[--bucket[(a[i] / exp) % BASE]] = a[i];

        for (i = 0; i < n; i++)
            a[i] = b[i];

        exp *= BASE;
    }
}

十一、快速排序

//以最后一个元素为pivot
int partition(int a[],const int start,const int end)
{
    const int pivot = a[end-1];
    int i = start - 1,j;

    for(j = start;j < end-1;j++)
        if(a[j] <= pivot)
        {
            i++;
            swap(a[i],a[j]);
        }
    swap(a[i+1],a[end-1]);
    return i+1;
}
void quick_sort(int a[],int start,int end)
{
    if(start < end - 1) //至少两个元素
    {
        const int pos = partition(a,start,end);
        quick_sort(a,start,pos);
        quick_sort(a,pos+1,end);
    }
}


//随机化pivot
int rand_partition(int a[],const int start,const int end)
{
    int i = random(start,end);  //[start,end)
    swap(a[i],a[end-1]);
    return partition(a,start,end);
}


//以第一个元素为pivot,同时减少交换
int partition(int a[],const int start,const int end)
{
    int i = start,j = end - 1;
    const int pivot = a[i];

    while(i < j)
    {
        while(i < j && a[j] >= pivot)
            j--;
        a[i] = a[j];

        while(i < j && a[i] <= pivot)
            i++;
        a[j] = a[i];
    }
    a[i] = pivot;
    return i;
}
void quick_sort(int a[],const int start,const int end)
{
    if(start < end - 1) //至少两个元素
    {
        const int pos = partition(a,start,end);
        quick_sort(a,start,pos);
        quick_sort(a,pos+1,end);
    }
}

int median3(int a[],int left,int right)
{
    int mid = left + (right-left>>1);

    if(a[left] > a[mid])
        swap(a[left],a[mid]);
    if(a[left] > a[right])
        swap(a[left],a[right]);
    if(a[mid] > a[right])
        swap(a[mid],a[right]);

    swap(a[mid],a[right-1]);  //hide pivot
    return a[right-1];
}
void insertion_sort(int a[],const int n)
{
    int tmp;
    int i,j;

    for(i = 1; i < n; i++)
    {
        tmp = a[i];
        for(j = i - 1; j >= 0 && tmp < a[j]; j--)
            a[j+1] = a[j];
        a[j+1] = tmp;
    }
}
//三数取中值法,同时小数组有插入排序完成
//[left,right],方便起见
#define Cutoff (3)
void quick_sort(int a[],const int left,const int right)
{
    int i,j;
    int pivot;

    if(left + Cutoff <= right)
    {
        pivot = median3(a,left,right);
        i = left,j = right - 1;
        for(; ;)
        {
            while(a[++i] < pivot){}
            while(a[--j] > pivot){}
            if(i < j)
                swap(a[i],a[j]);
            else
                break;
        }
        swap(a[i],a[right-1]);    //restore pivot

        quick_sort(a,left,i-1);
        quick_sort(a,i+1,right);
    }
    else
        insertion_sort(a+left,right-left+1);
}



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