各种排序算法的C++实现
内排序的方法有许多种，按所用策略不同，可归纳为五类：插入排序、选择排序、交换排序、归并排序和分配排序。其中，插入排序主要包括直接插入排序和希尔排序两种；选择排序主要包括直接选择排序和堆排序；交换排序主要包括气（冒）泡排序和快速排序。
稳定排序：假设在待排序的文件中，存在两个或两个以上的记录具有相同的关键字，在用某种排序法排序后，若这些相同关键字的元素的相对次序仍然不变，则这种排序方法是稳定的。其中冒泡，插入，基数，归并属于稳定排序，选择，快速，希尔，堆属于不稳定排序。
就地排序：若排序算法所需的辅助空间并不依赖于问题的规模n，即辅助空间为O（1），则称为就地排序。
1、插入排序：
插入排序
//插入排序 template <class T> void Inser_Sort(vector<T> &v){ for(int i=1;i<v.size();i++){ T tmp = v[i]; int j; for(j=i-1;j>=0 && v[j]>tmp;j--){//注意j>=0&&v[j]>tmp的顺序 v[j+1]=v[j]; } v[j+1]=tmp;//注意是(j+1) } } //有哨兵的插入排序 template <class T> void Inser_Sort_Guard(vector<T> &v){ for(int i=2;i<v.size();i++){ v[0]=v[i];//v[0]是哨兵 int j; for(j=i-1;v[j]>v[0];j--){ v[j+1]=v[j]; } v[j+1]=v[0];//注意是(j+1) } } int Delta[]={5,3,2,1}; //一趟希尔排序 template <class T> void ShellInsert(vector<T> &v, int dk){ for(int i=dk+1;i<v.size();i++){ T tmp=v[i]; int j; for(j=i-dk;j>=0 && v[j]>tmp;j-=dk){ v[j+dk]=v[j]; } v[j+dk]=tmp; } } //希尔排序,增量序列(delta[0,...,n-1]) template <class T> void ShellSort(vector<T> &v, int delta[], int n){ for(int k=0;k<n;k++){ShellInsert(v, delta[k]);} }
2、交换排序：
交换排序
//冒泡排序 template <class T> void BubbleSort(vector<T> &v){ bool change; for(int i=v.size()-1,change=true;i>=1 && change==true;i--){//i为每一趟比较的次数 for(int j=0;j<i;j++){ change=false; if(v[j]>v[j+1]){ int tmp=v[j]; v[j]=v[j+1]; v[j+1]=tmp; change=true; } } } } template <class T> void exchange(T &a,T &b) { int temp; temp=a; a=b; b=temp; } //快排的partition函数(算法导论) template <class T> int Partition1(vector<T> &v, int low, int high) { int i=low-1;//i是比MidVal小的值集合的边界角标 T MidVal=v[high]; for(int j=low;j<high;j++) { if(v[j]<=MidVal)//把比MidVal小的数往前放 { i++; exchange(v[j],v[i]); } } exchange(v[high],v[i+1]); return i+1; } //快速排序一次划分(严蔚敏) template <class T> int Partition2(vector<T> &v, int low, int high){ T pivot=v[low];//pivot为枢轴元素记录 while(low<high){//当相等时终止,返回中间元素的下标 while(low<high && v[high]>=pivot) high--; v[low]=v[high]; while(low<high && v[low]<=pivot) low++; v[high]=v[low]; } v[low]=pivot; return low; } //递归形式的快速排序 template <class T> void QSort(vector<T> &v, int low, int high){ if (low < high) { int pivotloc=Partition1(v, low, high); QSort(v, low, pivotloc-1); QSort(v, pivotloc+1, high); } } struct Boundarys{ int begin; int end; }; //快速排序的非递归写法(stack) template <class T> void QSort_NoRecursive_S(vector<T> &v, int low, int high){ stack<Boundarys> st; int pivot_0=Partition2(v, low, high); Boundarys bound_L, bound_R; if(low<pivot_0-1){ bound_L.begin=low; bound_L.end=pivot_0-1; st.push(bound_L); } if(high>pivot_0+1){ bound_R.begin=pivot_0+1; bound_R.end=high; st.push(bound_R); } while(!st.empty()){ Boundarys bound=st.top(); st.pop(); int pivot=Partition2(v, bound.begin, bound.end); Boundarys bound_L, bound_R; if(bound.begin<pivot-1){ bound_L.begin=low; bound_L.end=pivot-1; st.push(bound_L); } if(bound.end>pivot+1){ bound_R.begin=pivot+1; bound_R.end=high; st.push(bound_R); } } }
3、选择排序
选择排序
//选择排序 template <class T> void SelectSort(vector<T> &v){ vector<T>::iterator it_out; for(it_out=v.begin();it_out<v.end()-1;it_out++){ vector<T>::iterator it_in; vector<T>::iterator it_min=it_out; for(it_in=it_out+1;it_in<v.end();it_in++){//it_out为每次比较的起始位置 if(*it_min>*it_in) it_min=it_in; } if(it_min!=it_out){ T tmp=*it_out; *it_out=*it_min; *it_min=tmp; } } } //一次调整过程,v中的关键字v[s...m],除去v[s]外,其余均满足堆定义,调整v[s...m]重新形成大顶堆 template <class T> void HeapAdjust(vector<T> &v, int s, int m){ T tmp=v.at(s); for(int i=2*s+1;i<=m;i=2*i+1){//i=2*s+1为第一个孩子结点 if(i<m && v.at(i)<v.at(i+1)) i++;//右孩子关键字更大 if(tmp>=v.at(i)) break;//根节点已经是最大 v.at(s)=v.at(i);//更新根节点 s=i;//更新s } v.at(s)=tmp; } //对顺序表进行堆排序 template <class T> void HeapSort(vector<T> &v){ //建立大顶堆 for(int i=v.size()/2-1;i>=0;i--){//i的范围(vec.size()/2-1~0)(i为下标，按树的节点编号来算应相应加1) HeapAdjust(v, i, v.size()-1);//i~vec.size() } //将堆顶记录和当前未经排序的子序列中的最后一个记录交换，然后将交换后的的子序列重建为大顶堆 for(int j=v.size()-1;j>0;j--){//j指示未经排序的子序列中的最后一个记录的下标 T tmp; tmp=v.at(j); v.at(j)=v.at(0); v.at(0)=tmp; HeapAdjust(v, 0, j-1); } }
4、归并排序
归并排序
//两路归并排序，归并算法 template <class T> void Merge(vector<T> &v, int low, int mid, int high){ vector<T> tmp(high-low+1); int i, j, k; for (i=low,j=mid+1,k=0;i<=mid&&j<=high;++k){//将有序的v归并到tmp if (v[j]<v[i]) tmp[k]=v[j++]; else tmp[k]=v[i++]; } if (i<=mid) while(i<=mid) tmp[k++]=v[i++]; if (j<=high) while(j<=high) tmp[k++]=v[j++]; for ( k=low, i=0;k<=high;++k){//将归并排序好序列tmp复制回原序列v v[k]=tmp[i++]; } } //两路归并排序 template <class T> void MSort(vector<T> &v,int low,int high){ if (low<high){ int mid=(low+high)/2; MSort(v,low,mid); MSort(v,mid+1,high); Merge(v,low,mid,high); } }
测试代码
void main() { while (1) { vector<int> _v; int n; cout<<"请输入有序顺序表的元素个数n:"<<endl; cin>>n; srand((unsigned)time(0)); for (int i=0;i<n;i++) { _v.push_back(rand()%100); } for (int i=0;i<_v.size();i++) { cout<<_v[i]<<" "; } cout<<endl; //Inser_Sort(_v); //Inser_Sort_Guard(_v); //ShellSort(_v, Delta, 4); //BubbleSort(_v); //QSort(_v, 0, _v.size() - 1); //QSort_NoRecursive_S(_v, 0, _v.size() - 1); //SelectSort(_v); //HeapSort(_v); MSort(_v, 0, _v.size() - 1); for (int i=0;i<_v.size();i++) { cout<<_v[i]<<" "; } cout<<endl; system("pause"); } }
按平均时间将排序分为四类：
（1）平方阶(O(n2))排序：一般称为简单排序，例如直接插入、直接选择和冒泡排序；
（2）线性对数阶(O(nlgn))排序：如快速、堆和归并排序；
（3）O(n1+￡)阶排序：￡是介于0和1之间的常数，即0<￡<1，如希尔排序；
（4）线性阶(O(n))排序：如桶、箱和基数排序。
不同条件下，排序方法的选择：
（1）若n较小(如n≤50)，可采用直接插入或直接选择排序。当记录规模较小时，直接插入排序较好；否则因为直接选择移动的记录数少于直接插人，应选直接选择排序为宜。
（2）若文件初始状态基本有序(指正序)，则应选用直接插人、冒泡或随机的快速排序为宜。
（3）若n较大，则应采用时间复杂度为O(nlgn)的排序方法：快速排序、堆排序或归并排序。
快速排序是目前基于比较的内部排序中被认为是最好的方法，当待排序的关键字是随机分布时，快速排序的平均时间最短；
堆排序所需的辅助空间少于快速排序，并且不会出现快速排序可能出现的最坏情况。这两种排序都是不稳定的。
若要求排序稳定，则可选用归并排序。但本章介绍的从单个记录起进行两两归并的 排序算法并不值得提倡，通常可以将它和直接插入排序结合在一起使用。先利用直接插入排序求得较长的有序子文件，然后再两两归并之。因为直接插入排序是稳定的，所以改进后的归并排序仍是稳定的。
