七大排序算法C++实现(代码分享)

          七大排序算法C++实现(代码分享)

                                 By qianghaohao(Xqiang)

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iterator>
using namespace std;

//****************************************************************************
//                    Author: qianghaohao(Xqiang)
//                    Mail: qiang.timothy@qq.com
//****************************************************************************

//  直接插入排序
//  时间复杂度:O(n^2)
//  空间复杂度:O(1)
//  稳定性:稳定
void InsertSort(vector<int> &a, const int &n) {
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        int key = a[i];
        //  找插入位置
        int j = i - 1;
        for ( ; j >= 0; j--) {
            if (key < a[j]) {
                a[j+1] = a[j];
            } else {
                break;
            }
        }
        a[j+1] = key;
    }
}

//  折半插入排序
//  时间复杂度:O(n^2)
//  空间复杂度:O(1)
//  稳定性:稳定
void BinaryInsertSort(vector<int> &a, const int &n) {
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        int key = a[i];
        int low = 0;
        int high = i - 1;
        //  二分法找插入位置
        while (low <= high) {
            int mid = low + ((high - low) >> 2);
            if (key < a[mid]) {
                high = mid - 1;
            } else {
                low = mid + 1;
            }
        }
        for (int j = i - 1; j >= low; j--) {
            a[j+1] = a[j];
        }
        a[low] = key;
    }
}

//  希尔排序:
//  a:数组  d:分组间距 n:元素个数
//  时间复杂度:O(2^1.5)
//  空间复杂度:O(1)
//  稳定性:不稳定
void ShellSort(vector<int> &a, int d, const int &n) {
    int i, j, key;
    while (d > 0) {
        for (i = d; i < n; i++) {
            key = a[i];
            for (j = i - d; j >= 0; j -= d) {
                if (key < a[j]) {
                    a[j+d] = a[j];
                } else {
                    break;
                }
            }
            a[j+d] = key;
        }
        d -= 2;   //最终要保证d为1
    }
}

// 冒泡排序
// 时间复杂度:O(n^2)
// 稳定性:稳定
void BubbleSort(vector<int> &a, const int &n) {
   for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
      for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++) {
        if (a[j] > a[j+1]) {
            swap(a[j], a[j+1]);
        }
      }
   }
}

// 选择排序
// 时间复杂度:O(n^2)
// 空间复杂度:O(1)
// 稳定性:不稳定
void SelectSort(vector<int> &a, const int &n) {
   for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
      vector<int>::iterator it = std::min_element(a.begin() + i, a.end());  //选最小值
      swap(a[i], a[it - a.begin()]);  //最小值和a[i]交换
   }
}

//// 快速排序
//// 时间复杂度:O(nlogn)
//// 稳定性:不稳定
//void QuickSort(vector<int> &a, int low, int high) {
//    int i = low;
//    int j = high;
//    if (i < j) {
//        while (i < j) {   //i == j跳出循环
//            //支点为i
//            while (i < j && a[i] <= a[j]) {
//                j--;
//            }
//            if (i < j) {
//                swap(a[i], a[j]);
//                i++;
//            }
//            //支点为j
//            while (i < j && a[i] <= a[j]) {
//                i++;
//            }
//            if (i < j) {
//                swap(a[i], a[j]);
//                j--;
//            }
//        }
//       QuickSort(a, low, i-1);
//	   QuickSort(a, i+1, high);
//    }
//}

// 快速排序(改进版--避免了交换支点的开销)
// 时间复杂度:O(nlogn)
// 空间复杂度:O(nlogn)
// 稳定性:不稳定
void QuickSort(vector<int> &a, int low, int high) {
    int i = low;
    int j = high;
    if (i < j) {
        int pivot = a[i];  //保存支点
        while (i < j) {   //i == j跳出循环
            //支点为i
            while (i < j && pivot <= a[j]) {
                j--;
            }
            if (i < j) {
                a[i] = a[j];
                i++;
            }
            //支点为j
            while (i < j && a[i] <= pivot) {
                i++;
            }
            if (i < j) {
                a[j] = a[i];
                j--;
            }
        }
       a[i] = pivot;  //i==j时填入支点
       QuickSort(a, low, i-1);
	   QuickSort(a, i+1, high);
    }
}

//  堆排
//  时间复杂度:O(nlogn)
//  空间复杂度:O(1)
//  稳定性:不稳定
//  不适合在元素个数太少的情况

//  调整堆为最大堆
void AdjustHeap(vector<int> &a, int n) {
    int i, j;
    for (i = (n - 1) / 2; i > 0; i--) {  //(n-1)/2:最后一个有孩子节点的编号
        j = 2*i;  //左孩子
        if (j + 1 <= n-1) {  //左右孩子都有
            if (a[j+1] > a[j]) {  //选取左右孩子中较大的
                j = j + 1;
            }
        }
        //******************************************
        // 交换--较大的元素调整到根节点
        // 在此也可以用a[0]当作中间变量来交换
        // 相当于temp,因为a[0]在整个排序过程中
        // 没有使用
        //******************************************
        if (a[i] < a[j]) {
            swap(a[i], a[j]);
        }
    }
}

//  调用AdjustHeap进行堆排
void HeapSort(vector<int> &a, int n) {
    for (int i = 0; i < n-1; i++) {
        AdjustHeap(a, n - i);
        swap(a[1], a[n-1-i]);
    }
}

//  归并排序
// 时间复杂度:O(nlogn)
// 空间复杂度:O(n)
// 稳定性:稳定

// 将src中low-mid 和 mid-high两部分合并
void MergeArray(vector<int> &src, int low, int mid, int high, vector<int> &des) {
    int i = low;
    int j = mid;  //前半部分

    int m = mid + 1;  //后半部分
    int n = high;
    int k = 0;
    while (i <= j && m <= n) {
        if (src[i] < src[m]) {
            des[k++] = src[i++];
        } else {
            des[k++] = src[m++];
        }
    }
    //  合并可能剩余元素
    while (i <= j) {
        des[k++] = src[i++];
    }
    while (m <= n) {
        des[k++] = src[m++];
    }
    swap_ranges(src.begin() + low, src.begin() + high + 1, des.begin());  //  合并后放回原数组
}

//  temp:临时向量,保存合并后的元素
void MergeSort(vector<int> &a, int first, int last, vector<int> &temp) {
   int mid;
   if (first < last) {
      mid = first + ((last - first) >> 1);
      MergeSort(a, first, mid, temp);
      MergeSort(a, mid + 1, last, temp);
      MergeArray(a, first, mid, last, temp);
   }
}

//  测试用例
int main() {
   vector<int> arr = {9, 8, 7, 6, 5, 4, 4, 4, 6, 6, 6};
   vector<int> temp(arr.size());  //merge sort test
// vector<int> arr = {0, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 4, 4, 6, 6, 6};  //heap sort test
// InsertSort(arr, arr.size());
// BinaryInsertSort(arr, arr.size());
// ShellSort(arr, 5, arr.size());
// BubbleSort(arr, arr.size());
// SelectSort(arr, arr.size());
// QuickSort(arr, 0, arr.size()-1);
// HeapSort(arr, arr.size());
// copy(arr.begin() + 1, arr.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));  //heap sort test
   MergeSort(arr, 0, arr.size()-1, temp);
   copy(arr.begin(), arr.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
   return 0;
}

    各大排序算法性能对比: