不同的排序在不同的场景会有更高的效率
BubbleSort(冒泡排序)
定义:在同一个数组中,从数组第一个数开始,相邻两个数进行比较,按照小左大右或者大右小左的顺序,依次循环遍历,进行排序!
12345678910111213141516171819202122 void BubbleSort(int *arr,int Length){int i = 0;int j = 1;int sys = 0;for (i = 0; i < Length-1; i++){for (j = 0; j < Length-i-1; j++){if (arr[j]>arr[j+1]){arr[j] = arr[j]^arr[j+1];arr[j+1] = arr[j]^arr[j+1];arr[j] = arr[j]^arr[j+1];}}sys++;}return ;}
改进版冒泡排序
在原有的基础上,我们添加了标记!记录了最后一次交换的位置!
如5,1,4,6,3,2,7,8,9。最后一次交换的位置在2处,并且设定我们每次循环的到2,不对7,8,9
进行比较,节省我们运算的效率!
冒泡排序是对全部已经排好序列排序最快的
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不带中间变量实现两个相同类型不同值变量间的互换
加减法
12345int a = 5;int b = 3;a = a+b;b = a-b;a = a-b;异或^
12345int a = 5;int b = 3;a = a^b;b = a^b;a = a^b;
ps:若对于
*a
,*b
值进行交换,*a
,*b
不能指向同一块地址空间!SelectSort选择排序
首先,用第一个数去和所有数进行比较,选出其中最小的数,放在第一位,在用第二个数去和全部数进行比较,最小的放在第二位,依次循环遍历!
123456789101112131415161718 void SelectSort(int *Arr,int nLength){int i = 0;int j = 1;int min = 0;for (i = 0; i < nLength; i++){for (j = i; j < nLength-1; j++){if (Arr[i] > Arr[j]){Arr[j] = Arr[j]^Arr[i];Arr[i] = Arr[j]^Arr[i];Arr[j] = Arr[j]^Arr[i];}}}}代码优化:把每次都交换的位置,换成比较完之后,有一个int记下来,不用每次比较完进行交换,而是最后直接用记录的数组下标进行交换!
InsertSort插入排序
把当前数组分成两部分,第一部分有序,第二部分无序,将无序数组依次插入有序数组里去!
例如数组:10,20,3,8,55.用一个temp保存无序数组第一个
适合场景:每个元素距离其最终位置不远时,我们选择插入排序。
- 首先把10当成有序数组的最后一位,20当成无序数组的第一位,20和10比较,20比10大不移动。
- 之后用无序数组向后移动一位,变成3,3和20比较,比20小,把3放10和20中间,在用3和10比,比10小,放10前面。
- 此时有序最后一位仍是20,用8再去和前面几位有序数组进行比较,一次循环遍历!1234567891011121314151617181920212223242526void InsertSort(int arr[],int nLength){int j;//有序数组的最后位置int i;//无序数组的第一个int temp;if(arr == NULL || nLength <=0)return;for(i = 1;i<nLength;i++){j = i-1;temp = arr[i]; //保存无序数组的第一个//进行比较while(temp < arr[j] && j >=0){//将前一个元素向后移动arr[j+1] = arr[j];j--;}//将元素放入其对应位置arr[j+1] = temp;}}
快排
快排的优点:是比较次数最少的排序!
挖坑填补法
例如数组:7,2,8,4,3,5。我们用temp标记7
- 我们将第一数7当标准值,此时相当于7是一个坑(用粗斜体标记),然后我们从后面依次找比标准值7小的数,
第一个5就比7小,我们将5放到7的坑里。数组变成5,2,8,4,3,7,这是坑变成最后位数! - 然后我们在前面找一个比标准值大的数,第3个数8比标准值大,这是我们将8填到数7的坑里!这是数组变成了:
5,2,7,4,3,8,我们对已经操作的数,不再进行考虑比较! - 这时我们在从前面开始找一个数比标准值小的数3,填坑。数组变成了:2,3,4,7,8,此时前面和后面的数,
皆比标准值小和大! - 标准值前面的数我们看做一个区域,标准值后面的数我们看成一个区域。依次递归循环此区域。123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960//挖坑填补法int Sort(int arr[],int nLow,int nHigh){int temp ;temp = arr[nLow]; //保存标准值while(nLow < nHigh){//从后向前找比标准值小的while( nLow < nHigh){if(arr[nHigh] > temp){nHigh--;}//小的放前面else{arr[nLow] = arr[nHigh];nLow++;break;}}//从前往后找比标准值大的while( nLow < nHigh){if(arr[nLow] < temp){nLow++;}//大的放后面else{arr[nHigh] = arr[nLow];nHigh--;break;}}}//填坑arr[nLow] = temp;return nLow;}void QuickSort(int arr[],int nLow,int nHigh){int nIndex;if(arr == NULL )return;if(nLow < nHigh){//找到标准值位置nIndex = Sort(arr,nLow,nHigh);//根据标准值将当前数组分割成两部分Sort(arr,nLow,nIndex-1);Sort(arr,nIndex+1,nHigh);}}
区间(域)分割法
快排的一种,比挖坑填补法快!类似与挖坑填补法,是其优化升级版吧!
例如,数组:7,5,4,3,6
- 我们选最后一个数6作为标准值,有两个标记,一个是循环标记I,一个是区域标记s。s= i - 1
s用红体标记,i用粗斜体标记!s,7,5,4,3,6 - 用数6去和第一个数7比较,比标准值大,
7
,5,4,3,6,则将遍历元素移动到下一处,比标准值6小,
则将数5和7交换,5
,7,4,3,6。 - 将遍历指针指下一处,
5
,7,4,3,6,比标准值小,将4和第二个数交换。5,4
,7,3,6
移动遍历指针,5,4
,7,3,6 - 比标准值小,将3和第三个数交换。5,4,
3
,7,6,移动遍历指针。5,4,3
,7,6 - 这时遍历结束,判断++s与i是否相等,若不等,5,4,3,
7
,6,数组[s]与数组[i]交换。 - 5,4,3,
6
,7,此时标准值6前小后大,递归遍历!123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445//区间分割法int Sort(int arr[],int nLow,int nHigh){int nSmall;//小区间的右边界nSmall = nLow-1;for(nLow;nLow < nHigh;nLow++){//和标准值进行比较if(arr[nLow] < arr[nHigh]){//扩张小区间if(++nSmall != nLow){arr[nSmall] = arr[nSmall] ^ arr[nLow];arr[nLow] = arr[nSmall] ^ arr[nLow];arr[nSmall] = arr[nSmall] ^ arr[nLow];}}}//标准值放入对应位置if(++nSmall != nHigh){arr[nSmall] = arr[nHigh] ^ arr[nSmall];arr[nHigh] = arr[nHigh] ^ arr[nSmall];arr[nSmall] = arr[nHigh] ^ arr[nSmall];}return nSmall;}void QuickSort(int arr[],int nLow,int nHigh){int nIndex;if(arr == NULL )return;if(nLow < nHigh){//找到标准值位置nIndex = Sort(arr,nLow,nHigh);//根据标准值将当前数组分割成两部分QuickSort(arr,nLow,nIndex-1);QuickSort(arr,nIndex+1,nHigh);}}
快排区间分割优化
若我们选择的标准值恰好是最小值或者最大值,这是快排发生交换的次数最多,如果我们在选择下标的时候进行优化,
我们用随机数选择3个下标,之后选其中位数,会最大限度的减少极值下标的可能!
快排终极优化
如果数量过少时,直接采用插入排序!
CountSort计数排序
基于非比较排序
适用场景:数据分配非常密集的时候!
例如数组:2,1,3,1,2,2,3,4
- 首先在数组中找到最大值和最小值。
- 然后申请一个max-min+1的数组空间。
- 遍历数组,如第一个数2,就在申请的数组空间下标为2-最小值的位置+1。
相当于在申请的数组第2个位置,计数加一,每次遇到相同的值都加一。- 相当于在申请的数组空间对应下标对应着参数数组中的值,记录其出现的次数。
- 遍历申请的数组空间,对应着下标将值依次存入参数数组。
12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243 void CountSort(int arr[],int nLength){int *pCount = NULL;int i;int j;int nMin,nMax;if(arr == NULL || nLength <=0)return;//找最大值和最小值nMax = arr[0];nMin = arr[0];for(i = 1;i<nLength;i++){if(arr[i] > nMax){nMax = arr[i];}if(arr[i] < nMin){nMin = arr[i];}}//开辟计数数组pCount = (int *)malloc(sizeof(int ) * (nMax-nMin+1));memset(pCount,0,sizeof(int ) * (nMax-nMin+1));//计数for(i = 0;i<nLength;i++){pCount[arr[i]-nMin]++;}//放回原数组j = 0;for(i = 0;i< nMax-nMin+1;i++){while(pCount[i] != 0){arr[j] = i+nMin;j++;pCount[i]--;}}}
ShellSort希尔排序
插入排序的优化,按步长进行分组,然后在组内进行插入排序,然后在二分法步长,重复此过程。(ps:不一定要二分步长)
使用场景:数据少的时候!
例如:35,5,9,12,21,8,7,4,13,25,21,14,长度,n
- 第一次:$ gap=\displaystyle\frac{n}{2}=6 $,也就是说差6为一组,35和7一组,5和4,9和13,12和25,21和21,8和14。
每组内进行插入排序,所以35和7互换位置,5和3互换位置。数组:7,4,9,12,21,8,33,5,13,25,21,14 - 第二次:$ gap=\displaystyle\frac{gap}{2}=3 $,差3为一组,7,12,33,25一组,4,21,5,21一组,9,8,13,14一组。每组内进行插入排序,25和33换,31和5换。数组:7,4,8,12,5,9,25,21,13,33,21,14
- 第三次:$ gap=\displaystyle\frac{gap}{2}=1 $向下取整。所以直接对整个数组进行一次插入排序。
- 总结:每次进行组内的插入排序,都是为了让元素距其最终位置更近一步!1234567891011121314151617181920212223242526272829303132void ShellSort(int arr[],int nLength){int gap;int i; //小组int j;//插入排序int k;int temp;//保存无序数组的第一个if(arr == NULL || nLength <=0)return;//定步长for(gap = nLength/2 ; gap >0 ; gap/=2){//按照步长分组for(i = 0;i<gap;i++){//各组内部插入排序for(j = i+gap;j<nLength;j+=gap){k = j - gap; //有序数组的最后一个temp = arr[j]; //无序数组的第一个while(arr[k] > temp && k >=i){arr[k +gap] = arr[k];k-=gap;}arr[k+gap] = temp;}}}}
希尔排序的优化
分组时,让各组一起进行插入排序,都只进行一次,然后循环进行,代码看起来简洁,但是实际耗时基本相同!
MergeSort归并排序
先拆分再合并。有2路,3路,5路等,这里用2路作为举例说明。先将数组按照二分法(2路)进行递归拆分,
拆分到每个块里只剩一个元素,然后和相邻元素进行比较排序合并,在比较在合并。
流程
HeapSort堆排序
堆排序是顺序储存,分为大根堆(大堆)和小根堆(小堆)。
大堆:父亲结点一定是三个结点最大的!
小堆:父亲结点一定是三个结点最小的!
并且左右儿子结点并没有什么大小顺序关系,我们只是把这个顺序存储的结构看作是二叉树的结构,
我们仅仅是看作二叉树的形式,实际上也是在数组进行操作,并且根据完全二叉树性质(第5条)来进行排序,对此我们要先掌握二叉树的基本知识。
适用场景:在n个元素里找前几个最大的或最小的,我们用堆,并且找大的用小堆,找小的用大堆。
例如:一个数组{10,2,7,4,6,12,11,9,8}
- 首先数组按照二叉树的形势,我们只是按照二叉树对应的性质来将数组假想成二叉树的样子(并没有真正的改变数组的结构)。
- 我们按照图2的方式,从下往上从右往左的调整结点的位置,使其遵循大堆的特点!
- 图三是我们第一次调整好成大堆的样子。
- 图四我们将堆顶和数组最后一个元素对换。
- 然后重新按照前面的步骤调整成大堆,最后我们二叉树的第一个结点就是最大的数,依次类推。二叉树链接
堆排序类型题
类型题小结:
- 在一个数组中找出前4个最大的数?
答:首先我们想到的是用小堆,我们建立一个只有四个结点的小堆(图在下面),将数组元素一次放入小堆,并调整成小堆,这是用数组第五元素和堆顶元素比较,若比堆顶元素大的话,则把堆顶元素放入小堆,并移走小堆的最后一个元素(左边最下面),循环完数组小堆里的数就是前4大的!- 在50亿个数里找出前50大?
答:还是用小堆,建50个结点,将数据根据内存容量分流,依次按流通过小堆,每个流里选出前50大的,最后在整合到一起,在选出前50的数?- 在一个数据流中找到中位数?数据流:一直不间断提供数据,随时提供,不是一个固定的数组。
建立一个大堆和小堆,将数据丢入大堆,并且调整大堆,把大堆堆顶扔小堆里,当来数据的时候,调整小堆,把小堆堆顶放大堆里,来数据时,放入大堆并调整大堆,把大堆堆顶放入小堆里。依次循环过程。此时,小堆堆顶是较大数里最小的,大堆堆顶是比较小数里最大的。若数据的个数为奇数时,小堆堆顶是其中位数。当数据的个数为偶数时,小堆堆顶和大堆堆顶的和除2是其中位数。
堆排序代码
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BucketSort(桶排序)
基于哈希查找,用桶原理进行排序。
桶排序更多时候是用来给小数排序的。
- 这里就以整数举例说明,例如数组{19,27,55,31,47,50,16,21,22,25},我们按照每隔十位为一个桶。
- 10~20,20~30,30~40,40~50,50~60,共分为5个桶。
- 将数字按照其范围放入桶内。
- 之后在每个桶内进行排序,排好序之后依次从1桶开始倒回原数组(不给图了,读者可以自行画下,很简单)。这时排序就完成了。
由于是链表的头添加,所以数字是到过来的顺序!
桶排序代码
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RadinSort(LSD)基数排序
基数排序分两种一种是LSD,一种是MSD,这个就说LSD,因为MSD类似LSD而且使用的不是很频繁,如想了解,看完LSD会事半功倍。LSD也是基于桶原理,而且是从位数开始排序的。
例如数组:{124,11,25,3,221,215,306,35,23,14,10,1,111}
从低位开始算起,也就是个位开始的。因为十进制最后也就是0~9十个数字,所以我们要十个桶。
- 按照数组的顺序,依次入桶,所以我们这时应该是链表的尾添加
个位: - 将桶内元素倒回数组,顺序不可以变,也就是10,11,221,1,111,3,23,124,14,25,215,35,306.这个顺序进入链表。
- 按照十位的数字进行分桶,从数组依次入桶。
十位: - 再将桶内元素倒入数组,同样顺序不可以变,也就是1,3,306,10,11,111,14,215,221,23,124,25,35.这个顺序。
- 按照百位,依次入桶。
百位: - 在倒入数组中,此时我们的排序就完成了。
代码
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