一、 实验目的和要求
内容：
验证教材的各种内排序算法。分析各种排序算法的时间复杂度。
要求：
使用随机数产生器产生大数据集合，运行上述各种排序算法，使用系统时钟测量各算法所需的实际时间，并进行比较。
这个程序一共包含两个模块，分别是单个排序算法的测试，和多个排序算法的共同测试比较。一共包含了8个排序算法。分别是简单选择排序，直接插入排序，冒泡排序，快速排序(调用系统栈),改进的快速排序(手动栈),为了与STL的sort对比，加入了STL库的快速排序，还有两路合并排序，堆排序
nxu#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <ctime>
#include <cstdlib>
#include <stack>
#include <algorithm>
using namespace std;
const int size=10000; //数组大小
const int cnt=50; //重复执行次数
int a[size+10];
void Swap(int &x,int &y)
{
int tmp=x;
x=y;
y=tmp;
}
void Menu()
{
system("cls");
printf("---------------------------------内排序测试系统------------------------------\n\n\n");
printf("--------------------------------1.简单选择排序-------------------------------\n");
printf("--------------------------------2.直接插入排序-------------------------------\n");
printf("--------------------------------3.冒泡排序-----------------------------------\n");
printf("--------------------------------4.快速排序-----------------------------------\n");
printf("--------------------------------5.改进的快速排序-----------------------------\n");
printf("--------------------------------6.STL库的快速排序----------------------------\n");
printf("--------------------------------7.两路合并排序-------------------------------\n");
printf("--------------------------------8.堆排序-------------------------------------\n");
printf("--------------------------------9.分别运行以上所有排序，给出对比---------\n");
printf("--------------------------------0.退出系统-----------------------------------\n");
printf("\n\n\n 输入你的选择:");
}
void SeleteSort()
{
int i;
printf("\n正在进行%d次简单选择排序......\n",cnt);
for(int k=0;k<cnt;k++)
{
srand(time(NULL)+k*10);
for(i=0;i<size;i++)
{
a[i]=rand(); //rand()范围是0-32767
}
for(i=0;i<size-1;i++)
{
int index=i;
for(int j=i+1;j<size;j++)
{
if(a[j]<a[index])
{
index=j;
}
}
Swap(a[i],a[index]);
}
}
}
void InsertSort()
{
int i;
printf("\n正在进行%d次插入排序......\n",cnt);
for(int k=0;k<cnt;k++)
{
srand(time(NULL)+k*10);
for(i=0;i<size;i++)
{
a[i]=rand(); //rand()范围是0-32767
}
for(i=1;i<size;i++)
{
int j=i;
int tmp=a[i];
while(j>0&&tmp<a[j-1])
{
a[j]=a[j-1];
j--;
}
a[j]=tmp;
}
}
}
void BubbleSort()
{
int i,j,last;
printf("\n正在进行%d次冒泡排序......\n",cnt);
for(int k=0;k<cnt;k++)
{
srand(time(NULL)+k*10);
for(i=0;i<size;i++)
{
a[i]=rand(); //rand()范围是0-32767
}
i=size-1;
while(i>0)
{
last=0;
for(j=0;j<i;j++)
{
if(a[j+1]<a[j])
{
Swap(a[j],a[j+1]);
last=j;
}
}
i=last;
}
}
}
void Qsort(int left,int right)
{
int i=left,j=right+1;
if(left<right)
{
do
{
do
{
i++;
}while(a[i]<a[left]);
do
{
j--;
}while(a[j]>a[left]);
if(i<j) Swap(a[i],a[j]);
}while(i<j);
Swap(a[left],a[j]);
Qsort(left,j-1);
Qsort(j+1,right);
}
}
void QuickSort()
{
printf("\n正在进行%d次快速排序......\n",cnt);
a[size]=100000000;
for(int k=0;k<cnt;k++)
{
srand(time(NULL)+k*10);
for(int i=0;i<size;i++)
{
a[i]=rand(); //rand()范围是0-32767
}
Qsort(0,size-1);
// for(int i=0;i<10;i++)
// {
// printf("%d ",a[i]);
// }
// printf("\n");
}
}
struct note
{
int left;
int right;
note(int a,int b)
{
left=a;
right=b;
}
};
void ImprovedQuickSort() //改善的快速排序,用局部栈代替系统栈,并将A[(left+right)/2]作为分割元素
{
printf("\n正在进行%d次改善版本的快速排序......\n",cnt);
a[size]=100000000;
int i,j;
for(int k=0;k<cnt;k++)
{
srand(time(NULL)+k*10);
for(int i=0;i<size;i++)
{
a[i]=rand(); //rand()范围是0-32767
}
stack<note> S;
note tmp(0,size-1);
S.push(tmp);
while(!S.empty())
{
tmp=S.top();
S.pop();
int left=tmp.left;
int right=tmp.right;
if(left<right)
{
Swap(a[left],a[(left+right)/2]);
i=left;
j=right+1;
do
{
do
{
i++;
}while(a[i]<a[left]);
do
{
j--;
}while(a[j]>a[left]);
if(i<j) Swap(a[i],a[j]);
}while(i<j);
Swap(a[left],a[j]);
if(left<j-1)
{
note t1(left,j-1);
S.push(t1);
}
if(j+1<right)
{
note t2(j+1,right);
S.push(t2);
}
}
}
}
}
void STLsort()
{
printf("\n正在进行%d次STL库函数sort快速排序......\n",cnt);
for(int k=0;k<cnt;k++)
{
srand(time(NULL)+k*10);
for(int i=0;i<size;i++)
{
a[i]=rand(); //rand()范围是0-32767
}
sort(a,a+size);
}
}
int tmp[size];
void Merge(int i1,int j1,int i2,int j2)
{
int i,j,k;
i=i1;
j=i2;
k=0;
while(i<=j1&&j<=j2)
{
if(a[i]<=a[j]) tmp[k++]=a[i++];
else tmp[k++]=a[j++];
}
while(i<=j1) tmp[k++]=a[i++];
while(j<=j2) tmp[k++]=a[j++];
for(i=0;i<k;i++) a[i1++]=tmp[i];
}
void MergeSort()
{
printf("\n正在进行%d次两路合并排序排序......\n",cnt);
for(int k=0;k<cnt;k++)
{
srand(time(NULL)+k*10);
for(int i=0;i<size;i++)
{
a[i]=rand(); //rand()范围是0-32767
}
int i1,i2,j1,j2;
int Size=1;
while(Size<size)
{
i1=0;
while(i1+Size<size)
{
i2=i1+Size;
j1=i2-1;
if(i2+Size-1>size-1)
{
j2=size-1;
}
else
{
j2=i2+Size-1;
}
Merge(i1,j1,i2,j2);
i1=j2+1;
}
Size*=2;
}
}
}
void AdjustDown(int r,int j)
{
int ch=2*r+1;
int temp=a[r];
while(ch<=j)
{
if(ch<j && a[ch]<a[ch+1]) ch++;
if(temp>=a[ch]) break;
a[(ch-1)/2]=a[ch];
ch=2*ch+1;
}
a[(ch-1)/2]=temp;
}
void HeapSort()
{
int i;
printf("\n正在进行%d次堆排序......\n",cnt);
for(int k=0;k<cnt;k++)
{
srand(time(NULL)+k*10);
for(i=0;i<size;i++)
{
a[i]=rand(); //rand()范围是0-32767
}
for(i=(size-2)/2;i>=0;i--)
{
AdjustDown(i,size-1);
}
for(i=size-1;i>0;i--)
{
Swap(a[0],a[i]);
AdjustDown(0,i-1);
}
// for(int i=0;i<10;i++)
// {
// printf("%d ",a[i]);
// }
// printf("\n");
}
}
void SortOne(int choice)
{
system("cls");
printf("--------------------------------单个排序测试-------------------------------\n\n\n");
clock_t StartTime,EndTime;
printf("%d 个数据,进行 %d 次排序,数据大小范围 0~32767\n\n开始排序，并开始计时......\n\n",size,cnt);
StartTime=clock();
switch (choice)
{
case 1:
SeleteSort();
break;
case 2:
InsertSort();
break;
case 3:
BubbleSort();
break;
case 4:
QuickSort();
break;
case 5:
ImprovedQuickSort();
break;
case 6:
STLsort();
break;
case 7:
MergeSort();
break;
case 8:
HeapSort();
break;
}
EndTime=clock();
double len=(double(EndTime-StartTime))/CLOCKS_PER_SEC;
printf("排序完成,停止计时,一共花费时间为 %.3f 秒\n",len);
system("pause");
}
void SortAll()
{
system("cls");
printf("--------------------------------排序对比测试-------------------------------\n\n\n");
printf("%d 个数据,进行 %d 次排序,数据大小范围 0~32767\n\n",size,cnt);
clock_t StartTime,EndTime;
double record[15];
StartTime=clock();
SeleteSort();
EndTime=clock();
double len=(double(EndTime-StartTime))/CLOCKS_PER_SEC;;
record[0]=len;
printf("时间%.3f秒\n",len);
StartTime=clock();
InsertSort();
EndTime=clock();
len=(double(EndTime-StartTime))/CLOCKS_PER_SEC;;
record[1]=len;
printf("时间%.3f秒\n",len);
StartTime=clock();
BubbleSort();
EndTime=clock();
len=(double(EndTime-StartTime))/CLOCKS_PER_SEC;;
record[2]=len;
printf("时间%.3f秒\n",len);
StartTime=clock();
QuickSort();
EndTime=clock();
len=(double(EndTime-StartTime))/CLOCKS_PER_SEC;;
record[3]=len;
printf("时间%.3f秒\n",len);
StartTime=clock();
ImprovedQuickSort();
EndTime=clock();
len=(double(EndTime-StartTime))/CLOCKS_PER_SEC;;
record[4]=len;
printf("时间%.3f秒\n",len);
StartTime=clock();
STLsort();
EndTime=clock();
len=(double(EndTime-StartTime))/CLOCKS_PER_SEC;;
record[5]=len;
printf("时间%.3f秒\n",len);
StartTime=clock();
MergeSort();
EndTime=clock();
len=(double(EndTime-StartTime))/CLOCKS_PER_SEC;;
record[6]=len;
printf("时间%.3f秒\n",len);
StartTime=clock();
HeapSort();
EndTime=clock();
len=(double(EndTime-StartTime))/CLOCKS_PER_SEC;;
record[7]=len;
printf("时间%.3f秒\n\n",len);
double maxx=-1,minn=1000;
for(int i=0;i<8;i++)
{
if(record[i]>maxx) maxx=record[i];
if(record[i]<minn) minn=record[i];
}
printf("最快的%.3f秒,最慢的%.3f秒\n",minn,maxx);
system("pause");
}
int main()
{
int choice;
while(1)
{
Menu();
cin>>choice;
if(choice>=1&&choice<=8)
{
SortOne(choice);
}
else if(choice==9)
{
SortAll();
}
else if(choice==0)
{
return 0;
}
else
{
cout<<"-------------------------输入有误--------------------------------"<<endl;
system("pause");
}
}
return 0;
}
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