各种排序的运行时间对比

最新推荐文章于 2022-01-15 10:47:23 发布

yuanjianchuan

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CC 4.0 BY-SA版权

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/yuanjianchuan/article/details/65444380

本文通过C++实现，对比了冒泡排序、插入排序、选择排序、堆排序、非递归归并排序和递归归并排序的时间性能。实验结果显示，堆排序和归并排序在时间上具有优势。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

冒泡排序

[cpp]view plaincopy 
    
 //time:34.220s  
 #include<cstring>  
 #include<iostream>  
 #include<fstream>  
 #include<algorithm>  
 using namespace std;  
 class MY{  
     int a;  
 //public:  
     friend ostream& operator <<(ostream& os,const MY &my){  
         os<<my.a;return os;  
     }  
     friend istream& operator >>(istream& is,MY& my){  
         is>>my.a;return is;  
     }  
 public:  
     bool operator<(const MY& another){  
         return this->a<another.a;  
     }  
 };  
 template<class T>  
 void bubble(T A[],int n)  
 {  
     for(int i=n-1;i>=1;i--)  
         for(int j=0;j<i;j++)  
             if(A[j+1]<A[j]) swap(A[j+1],A[j]);  
 }  
 template<typename T>  
 bool check_if_sorted(T A[],int n)  
 {  
     for(int i=1;i<n;i++)  
         if(A[i]<A[i-1])return false;  
     return true;  
 }  
 int main()  
 {  
     //测试数据：  
     //输入格式：第一行是n，元素个数。第二行是n个元素。  
     //0.txt 无元素  
     //1.txt 1个元素  
     //2.txt 2个元素  
     //3.txt 5个元素  
     //4.txt 均为相同元素  
     //5.txt 大量相同元素  
     //6.txt 随机元素  
     //7.txt 逆序元素  
     //8.txt 升序元素  
     //有a后缀即为排序后的输出  
     char index[10]="0";  
     for(int i=0;i<9;i++){  
         char file[10];strcpy(file,index);  
         strcat(file,".txt");  
         ifstream fin(file);  
         if(!fin){cerr<<"can't open input file \""<<file<<"\""<<endl;exit(EXIT_FAILURE);}  
         int n;fin>>n;  
         MY* A=new MY [n];  
         for(int i=0;i<n;i++) fin>>A[i];  
         bubble(A,n);  
         cout<<check_if_sorted(A,n)<<endl;  
         char filea[10];strcpy(filea,index);  
         strcat(filea,"a.txt");  
         ofstream fout(filea);  
         for(int i=0;i<n;i++) fout<<A[i]<<" ";  
         index[0]++;  
         delete[] A;  
     }  
     return 0;  
 }  

改进的冒泡排序

//time:26.760s
#include<cstring>
#include<iostream>
#include<fstream>
#include<algorithm>
using namespace std;
class MY{
    int a;
//public:
    friend ostream& operator <<(ostream& os,const MY &my){
        os<<my.a;return os;
    }
    friend istream& operator >>(istream& is,MY& my){
        is>>my.a;return is;
    }
public:
    bool operator<(const MY& another){
        return this->a<another.a;
    }
};
template<class T>
void bubble(T A[],int n)
{
    int isSorted=0;
    for(int i=n-1;i>=1&&!isSorted;i--){
        isSorted=1;
        for(int j=0;j<i;j++)
            if(A[j+1]<A[j]) {swap(A[j+1],A[j]);isSorted=0;}
    }
}
template<typename T>
bool check_if_sorted(T A[],int n)
{
    for(int i=1;i<n;i++)
        if(A[i]<A[i-1])return false;
    return true;
}
int main()
{
    //测试数据：
    //输入格式：第一行是n，元素个数。第二行是n个元素。
    //0.txt 无元素
    //1.txt 1个元素
    //2.txt 2个元素
    //3.txt 5个元素
    //4.txt 均为相同元素
    //5.txt 大量相同元素
    //6.txt 随机元素
    //7.txt 逆序元素
    //8.txt 升序元素
    //有a后缀即为排序后的输出
    char index[10]="0";
    for(int i=0;i<9;i++){
        char file[10];strcpy(file,index);
        strcat(file,".txt");
        ifstream fin(file);
        if(!fin){cerr<<"can't open input file \""<<file<<"\""<<endl;exit(EXIT_FAILURE);}
        int n;fin>>n;
        MY* A=new MY [n];
        for(int i=0;i<n;i++) fin>>A[i];
        bubble(A,n);
        cout<<check_if_sorted(A,n)<<endl;
        char filea[10];strcpy(filea,index);
        strcat(filea,"a.txt");
        ofstream fout(filea);
        for(int i=0;i<n;i++) fout<<A[i]<<" ";
        index[0]++;
        delete[] A;
    }
    return 0;
}

3个低级排序之中，bubble最慢了！

插入排序

[cpp] view plain copy

//time:10.920s
#include<cstring>
#include<iostream>
#include<fstream>
#include<algorithm>
using namespace std;
class MY{
int a;
//public:
friend ostream& operator <<(ostream& os,const MY &my){
os<<my.a;return os;
}
friend istream& operator >>(istream& is,MY& my){
is>>my.a;return is;
}
public:
bool operator<(const MY& another){
return this->a<another.a;
}
};
template<class T>
void insertion(T A[],int n)
{
//A[0...i-1]是非递减序的
for(int i=1;i<n;i++){
T key=A[i];
int j=i-1;
//A[j+2...i]是非递减序的，且都大于key
while(j>=0&&key<A[j]){A[j+1]=A[j];j--;}
A[j+1]=key;
}
}
template<typename T>
bool check_if_sorted(T A[],int n)
{
for(int i=1;i<n;i++)
if(A[i]<A[i-1])return false;
return true;
}
int main()
{
//测试数据：
//输入格式：第一行是n，元素个数。第二行是n个元素。
//0.txt 无元素
//1.txt 1个元素
//2.txt 2个元素
//3.txt 5个元素
//4.txt 均为相同元素
//5.txt 大量相同元素
//6.txt 随机元素
//7.txt 逆序元素
//8.txt 升序元素
//9.txt 1000000个元素
//有a后缀即为排序后的输出
char index[10]="0";
for(int i=0;i<9;i++){
char file[10];strcpy(file,index);
strcat(file,".txt");
ifstream fin(file);
if(!fin){cerr<<"can't open input file \""<<file<<"\""<<endl;exit(EXIT_FAILURE);}
int n;fin>>n;
MY* A=new MY [n];
for(int i=0;i<n;i++) fin>>A[i];
insertion(A,n);
cout<<check_if_sorted(A,n)<<endl;
char filea[10];strcpy(filea,index);
strcat(filea,"a.txt");
ofstream fout(filea);
for(int i=0;i<n;i++) fout<<A[i]<<" ";
index[0]++;
delete[] A;
}
return 0;
}

选择排序

[cpp] view plain copy

//time:18.650s
#include<cstring>
#include<iostream>
#include<fstream>
#include<algorithm>
using namespace std;
class MY{//设置此class只是为了C++练手
int a;
//public:
friend ostream& operator <<(ostream& os,const MY &my){
os<<my.a;return os;
}
friend istream& operator >>(istream& is,MY& my){
is>>my.a;return is;
}
public:
bool operator<(const MY& another){
return this->a<another.a;
}
};
template<class T>
void selection(T A[],int n)
{
for(int i=0;i<n-1;i++){
T min=A[i];int min_index=i;
for(int j=i+1;j<n;j++)
if(A[j]<min){min=A[j];min_index=j;}
swap(A[i],A[min_index]);
}
}
template<typename T>
bool check_if_sorted(T A[],int n)
{
for(int i=1;i<n;i++)
if(A[i]<A[i-1])return false;
return true;
}
int main()
{
//测试数据：
//输入格式：第一行是n，元素个数。第二行是n个元素。
//0.txt 无元素
//1.txt 1个元素
//2.txt 2个元素
//3.txt 5个元素
//4.txt 均为相同元素
//5.txt 大量相同元素
//6.txt 随机元素
//7.txt 逆序元素
//8.txt 升序元素
//9.txt 1000000个元素
//有a后缀即为排序后的输出
char index[10]="0";
for(int i=0;i<9;i++){
char file[10];strcpy(file,index);
strcat(file,".txt");
ifstream fin(file);
if(!fin){cerr<<"can't open input file \""<<file<<"\""<<endl;exit(EXIT_FAILURE);}
int n;fin>>n;
MY* A=new MY [n];
for(int i=0;i<n;i++) fin>>A[i];
selection(A,n);
cout<<check_if_sorted(A,n)<<endl;
char filea[10];strcpy(filea,index);
strcat(filea,"a.txt");
ofstream fout(filea);
for(int i=0;i<n;i++) fout<<A[i]<<" ";
index[0]++;
delete[] A;
}
return 0;
}

堆排序

[cpp] view plain copy

//time:2.460s
#include<cstring>
#include<iostream>
#include<fstream>
#include<algorithm>
using namespace std;
class MY{
int a;
//public:
friend ostream& operator <<(ostream& os,const MY &my){
os<<my.a;return os;
}
friend istream& operator >>(istream& is,MY& my){
is>>my.a;return is;
}
public:
bool operator<(const MY& another){
return this->a<another.a;
}
};
int RANDOM(int begin,int end)
{//[begin,end]
int seed=rand()*(RAND_MAX+1)+rand();
return seed%(end-begin+1)+begin;
}
template<class T>
void fixdown(T A[],int parent,int n)
{//A[parent]元素是以A[parent...n]为大顶堆的唯一违反。
while(true){
int left=(parent<<1),right=left+1;
int max=parent;
if(left<=n&&A[max]<A[left]) max=left;
if(right<=n&&A[max]<A[right]) max=right;
if(max==parent) break;
swap(A[parent],A[max]);parent=max;
}
}
template<class T>
void heapsort(T A[],int n)
{
for(int i=n>>1;i>=1;i--) fixdown(A,i,n);
//for(int i=1;i<=n;i++) printf("%d ",A[i]);putchar('\n');
while(n>1){
swap(A[1],A[n]);fixdown(A,1,--n);
}
}
template<typename T>
bool check_if_sorted(T A[],int n)
{
for(int i=1;i<n;i++)
if(A[i+1]<A[i])return false;
return true;
}
int main()
{
//测试数据：
//输入格式：第一行是n，元素个数。第二行是n个元素。
//0.txt 无元素
//1.txt 1个元素
//2.txt 2个元素
//3.txt 5个元素
//4.txt 均为相同元素
//5.txt 大量相同元素
//6.txt 随机元素
//7.txt 逆序元素
//8.txt 升序元素
//9.txt 1000000个元素
//有a后缀的文件即为排序后的输出
char index[10]="0";
for(int i=0;i<10;i++){
char file[10];strcpy(file,index);
strcat(file,".txt");
ifstream fin(file);
if(!fin){cerr<<"can't open input file \""<<file<<"\""<<endl;exit(EXIT_FAILURE);}
int n;fin>>n;
MY*A=new MY [n+1];//堆排序下标是1~n
for(int i=1;i<=n;i++) fin>>A[i];
heapsort(A,n);
cout<<check_if_sorted(A,n)<<endl;
char filea[10];strcpy(filea,index);
strcat(filea,"a.txt");
ofstream fout(filea);
for(int i=1;i<=n;i++) fout<<A[i]<<" ";
index[0]++;
delete[] A;
}
return 0;
}

使用非递归的归并排序

[cpp] view plain copy

//time:3.400s
//使用非递归的归并排序
#include<cstring>
#include<iostream>
#include<fstream>
#include<algorithm>
using namespace std;
class MY{
int a;
//public:
friend ostream& operator <<(ostream& os,const MY &my){
os<<my.a;return os;
}
friend istream& operator >>(istream& is,MY& my){
is>>my.a;return is;
}
public:
bool operator<(const MY& another){
return this->a<another.a;
}
};
int RANDOM(int begin,int end)
{//[begin,end]
int seed=rand()*(RAND_MAX+1)+rand();
return seed%(end-begin+1)+begin;
}
template<class T>
int merge(T A[],int left,int middle,int right)
{//归并两个有序数组A[left...middle]和A[middle+1...right]
int len1=middle-left+1,len2=right-middle;
T* Aux1=new T[len1],*Aux2=new T[len2];
for(int i=left;i<=middle;i++) Aux1[i-left]=A[i];
for(int j=middle+1;j<=right;j++) Aux2[j-middle-1]=A[j];
int i=0,j=0,k=0;
while(i<len1&&j<len2){
if(Aux1[i]<Aux2[j]) A[left+k++]=Aux1[i++];
else A[left+k++]=Aux2[j++];
}
while(i<len1) A[left+k++]=Aux1[i++];
while(j<len2) A[left+k++]=Aux2[j++];
delete[] Aux1;delete[] Aux2;
}
template<class T>
void bottom_up_mergesort(T A[],int n)
{
for(int len=1;len<=n;len<<=1)
for(int i=0;i<n-len;i+=(len<<1))//由i+len-1<n-1得i<n-len。最后一趟合并，一边是len长，另一边是剩下的长。i+len-1<n-1是保证一边有len长，且剩下有至少1的长度
merge(A,i,i+len-1,min(i+(len<<1)-1,n-1));
}
template<typename T>
bool check_if_sorted(T A[],int n)
{
for(int i=1;i<n;i++)
if(A[i]<A[i-1])return false;
return true;
}
int main()
{
//测试数据：
//输入格式：第一行是n，元素个数。第二行是n个元素。
//0.txt 无元素
//1.txt 1个元素
//2.txt 2个元素
//3.txt 5个元素
//4.txt 均为相同元素
//5.txt 大量相同元素
//6.txt 随机元素
//7.txt 逆序元素
//8.txt 升序元素
//9.txt 1000000个元素
//有a后缀的文件即为排序后的输出
char index[10]="0";
for(int i=0;i<10;i++){
char file[10];strcpy(file,index);
strcat(file,".txt");
ifstream fin(file);
if(!fin){cerr<<"can't open input file \""<<file<<"\""<<endl;exit(EXIT_FAILURE);}
int n;fin>>n;
MY*A=new MY [n];
for(int i=0;i<n;i++) fin>>A[i];
bottom_up_mergesort(A,n);
cout<<check_if_sorted(A,n)<<endl;
char filea[10];strcpy(filea,index);
strcat(filea,"a.txt");
ofstream fout(filea);
for(int i=0;i<n;i++) fout<<A[i]<<" ";
index[0]++;
delete[] A;
}
return 0;
}

使用递归的归并排序

[cpp] view plain copy

//3.370s
//使用递归的归并排序
#include<cstring>
#include<iostream>
#include<fstream>
#include<algorithm>
using namespace std;
class MY{
int a;
//public:
friend ostream& operator <<(ostream& os,const MY &my){
os<<my.a;return os;
}
friend istream& operator >>(istream& is,MY& my){
is>>my.a;return is;
}
public:
bool operator<(const MY& another){
return this->a<another.a;
}
};
int RANDOM(int begin,int end)
{//[begin,end]
int seed=rand()*(RAND_MAX+1)+rand();
return seed%(end-begin+1)+begin;
}
template<class T>
int merge(T A[],int left,int middle,int right)
{//归并两个有序数组A[left...middle]和A[middle+1...right]
int len1=middle-left+1,len2=right-middle;
T* Aux1=new T[len1],*Aux2=new T[len2];
for(int i=left;i<=middle;i++) Aux1[i-left]=A[i];
for(int j=middle+1;j<=right;j++) Aux2[j-middle-1]=A[j];
int i=0,j=0,k=0;
while(i<len1&&j<len2){
if(Aux1[i]<Aux2[j]) A[left+k++]=Aux1[i++];
else A[left+k++]=Aux2[j++];
}
while(i<len1) A[left+k++]=Aux1[i++];
while(j<len2) A[left+k++]=Aux2[j++];
delete[] Aux1;delete[] Aux2;
}
template<class T>
void mergesort(T A[],int p,int q)
{
if(p>=q) return ;
int middle=(p+q)/2;
mergesort(A,p,middle);
mergesort(A,middle+1,q);
merge(A,p,middle,q);
}
template<typename T>
bool check_if_sorted(T A[],int n)
{
for(int i=1;i<n;i++)
if(A[i]<A[i-1])return false;
return true;
}
int main()
{
//测试数据：
//输入格式：第一行是n，元素个数。第二行是n个元素。
//0.txt 无元素
//1.txt 1个元素
//2.txt 2个元素
//3.txt 5个元素
//4.txt 均为相同元素
//5.txt 大量相同元素
//6.txt 随机元素
//7.txt 逆序元素
//8.txt 升序元素
//9.txt 1000000个元素
//有a后缀的文件即为排序后的输出
char index[10]="0";
for(int i=0;i<10;i++){
char file[10];strcpy(file,index);
strcat(file,".txt");
ifstream fin(file);
if(!fin){cerr<<"can't open input file \""<<file<<"\""<<endl;exit(EXIT_FAILURE);}
int n;fin>>n;
MY*A=new MY [n];
for(int i=0;i<n;i++) fin>>A[i];
mergesort(A,0,n-1);
cout<<check_if_sorted(A,n)<<endl;
char filea[10];strcpy(filea,index);
strcat(filea,"a.txt");
ofstream fout(filea);
for(int i=0;i<n;i++) fout<<A[i]<<" ";
index[0]++;
delete[] A;
}
return 0;
}

随机化的快速排序

[cpp] view plain copy

//time:3.770s
//随机化的快速排序。若不使用随机化的话，遇到极端情况，升序或逆序排列，就会递归深度过大，stack overflow。
#include<cstring>
#include<iostream>
#include<fstream>
#include<algorithm>
using namespace std;
class MY{
int a;
//public:
friend ostream& operator <<(ostream& os,const MY &my){
os<<my.a;return os;
}
friend istream& operator >>(istream& is,MY& my){
is>>my.a;return is;
}
public:
bool operator<(const MY& another){
return this->a<another.a;
}
};
int RANDOM(int begin,int end)
{//[begin,end]
int seed=rand()*(RAND_MAX+1)+rand();
return seed%(end-begin+1)+begin;
}
template<class T>
int partition(T A[],int p,int q)
{
int pivot=p-1;T key=A[q];
//A[p...pivot] < key
//A[pivot+1...j-1] >= key
//A[q] = key
for(int j=p;j<q;j++)
if(A[j]<key) swap(A[j],A[++pivot]);
swap(A[pivot+1],A[q]);
return pivot+1;
}
template<class T>
void quicksort(T A[],int p,int q)
{
if(p>=q) return ;
swap(A[q],A[RANDOM(p,q)]);//随机选择划分主元
int pivot=partition(A,p,q);
quicksort(A,p,pivot-1);
quicksort(A,pivot+1,q);
}
template<typename T>
bool check_if_sorted(T A[],int n)
{
for(int i=1;i<n;i++)
if(A[i]<A[i-1])return false;
return true;
}
int main()
{
//测试数据：
//输入格式：第一行是n，元素个数。第二行是n个元素。
//0.txt 无元素
//1.txt 1个元素
//2.txt 2个元素
//3.txt 5个元素
//4.txt 均为相同元素
//5.txt 大量相同元素
//6.txt 随机元素
//7.txt 逆序元素
//8.txt 升序元素
//9.txt 1000000个元素
//有a后缀的文件即为排序后的输出
char index[10]="0";
for(int i=0;i<10;i++){
char file[10];strcpy(file,index);
strcat(file,".txt");
ifstream fin(file);
if(!fin){cerr<<"can't open input file \""<<file<<"\""<<endl;exit(EXIT_FAILURE);}
int n;fin>>n;
MY*A=new MY [n];
for(int i=0;i<n;i++) fin>>A[i];
quicksort(A,0,n-1);
cout<<check_if_sorted(A,n)<<endl;
char filea[10];strcpy(filea,index);
strcat(filea,"a.txt");
ofstream fout(filea);
for(int i=0;i<n;i++) fout<<A[i]<<" ";
index[0]++;
delete[] A;
}
return 0;
}

前3个低级排序之所以没有用9.txt测试，是因为n^2太慢了，跑不起。