C 排序算法


C 排序算法


正文

冒泡排序

冒泡排序(英语:Bubble Sort)是一种简单的排序算法。它重复地走访过要排序的数列,一次比较两个元素, 如果他们的顺序(如从大到小、首字母从A到Z)错误就把他们交换过来。

#include <stdio.h>

void bubble_sort(int arr[], int len) 
{
    int i, j, temp;
    for (i = 0; i < len - 1; i++) {
        for (j = 0; j < len - 1 - i; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
}

int main() 
{
    int arr[] = { 22, 34, 3, 32, 82, 55, 89, 50, 37, 5, 64, 35, 9, 70 };
    int len = (int) sizeof(arr) / sizeof(*arr);
    bubble_sort(arr, len);
    
    int i;
    for (i = 0; i < len; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }

    return 0;
}

选择排序

选择排序(Selection sort)是一种简单直观的排序算法。它的工作原理如下。 首先在未排序序列中找到最小(大)元素,存放到排序序列的起始位置,然后,再从剩余未排序元素中继续寻找最小(大)元素, 然后放到已排序序列的末尾。以此类推,直到所有元素均排序完毕。

#include <stdio.h>

void swap(int *a,int *b) //交換兩個變數
{
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

void selection_sort(int arr[], int len) 
{
    int i,j;
 
    for (i = 0 ; i < len - 1 ; i++) 
    {
        int min = i;
        for (j = i + 1; j < len; j++)     //走訪未排序的元素
        {
            if (arr[j] < arr[min])    //找到目前最小值
            {
                min = j;    //紀錄最小值
            }

            swap(&arr[min], &arr[i]);    //做交換
        }    
    }
}

int main() 
{
    int arr[] = { 22, 34, 3, 32, 82, 55, 89, 50, 37, 5, 64, 35, 9, 70 };
    int len = (int) sizeof(arr) / sizeof(*arr);
    selection_sort(arr, len);
    
    int i;
    for (i = 0; i < len; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }

    return 0;
}

插入排序

插入排序(英语:Insertion Sort)是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是通过构建有序序列, 对于未排序数据,在已排序序列中从后向前扫描,找到相应位置并插入。 插入排序在实现上,通常采用in-place排序(即只需用到 {\displaystyle O(1)} {\displaystyle O(1)}的额外空间的排序), 因而在从后向前扫描过程中,需要反复把已排序元素逐步向后挪位,为最新元素提供插入空间。

void insertion_sort(int arr[], int len)
{
    int i,j,temp;
    for (i=1;i<len;i++)
    {
            temp = arr[i];
            for (j=i;j>0 && arr[j-1]>temp;j--) 
            {
                    arr[j] = arr[j-1];
            }
            arr[j] = temp;
    }
}

希尔排序

希尔排序,也称递减增量排序算法、缩小增量排序,是插入排序的一种更高效的改进版本。希尔排序是非稳定排序算法。

希尔排序是基于插入排序的以下两点性质而提出改进方法的:

  • 插入排序在对几乎已经排好序的数据操作时,效率高,即可以达到线性排序的效率
  • 但插入排序一般来说是低效的,因为插入排序每次只能将数据移动一位

void shell_sort(int arr[], int len) 
{
    int gap, i, j;
    int temp;
    for (gap = len >> 1; gap > 0; gap = gap >> 1) {
        for (i = gap; i < len; i++) 
        {
            temp = arr[i];
            for (j = i - gap; j >= 0 && arr[j] > temp; j -= gap)
            {
                arr[j + gap] = arr[j];
            }
            arr[j + gap] = temp;
        }
    }
}

归并排序

把数据分为两段,从两段中逐个选最小的元素移入新数据段的末尾。

可从上到下或从下到上进行。

迭代法:

int min(int x, int y) 
{
    return x < y ? x : y;
}

void merge_sort(int arr[], int len) 
{
    int* a = arr;
    int* b = (int*) malloc(len * sizeof(int));
    int seg, start;
    for (seg = 1; seg < len; seg += seg) 
    {
        for (start = 0; start < len; start += seg + seg) 
        {
            int low = start, mid = min(start + seg, len), high = min(start + seg + seg, len);
            int k = low;
            int start1 = low, end1 = mid;
            int start2 = mid, end2 = high;
            while (start1 < end1 && start2 < end2)
            {
                b[k++] = a[start1] < a[start2] ? a[start1++] : a[start2++];
            }
            while (start1 < end1)
            {
                b[k++] = a[start1++];
            }
            while (start2 < end2)
            {
                b[k++] = a[start2++];
            }
        }
        int* temp = a;
        a = b;
        b = temp;
    }
    
    if (a != arr) {
        int i;
        for (i = 0; i < len; i++)
            b[i] = a[i];
        b = a;
    }
    free(b);
}

递归法:

void merge_sort_recursive(int arr[], int reg[], int start, int end) 
{
    if (start >= end) {
        return;
    }
    
    int len = end - start, mid = (len >> 1) + start;
    int start1 = start, end1 = mid;
    int start2 = mid + 1, end2 = end;
    merge_sort_recursive(arr, reg, start1, end1);
    merge_sort_recursive(arr, reg, start2, end2);
    int k = start;
    while (start1 <= end1 && start2 <= end2)
    {
        reg[k++] = arr[start1] < arr[start2] ? arr[start1++] : arr[start2++];
    }
    while (start1 <= end1)
    {
        reg[k++] = arr[start1++];
    }
    while (start2 <= end2)
    {
        reg[k++] = arr[start2++];
    }
    for (k = start; k <= end; k++)
    {
        arr[k] = reg[k];
    }
}

void merge_sort(int arr[], const int len) 
{
    int reg[len];
    merge_sort_recursive(arr, reg, 0, len - 1);
}

快速排序

在区间中随机挑选一个元素作基准,将小于基准的元素放在基准之前,大于基准的元素放在基准之后, 再分别对小数区与大数区进行排序。

迭代法:

typedef struct _Range 
{
    int start, end;
} Range;

Range new_Range(int s, int e) 
{
    Range r;
    r.start = s;
    r.end = e;
    return r;
}

void swap(int *x, int *y) 
{
    int t = *x;
    *x = *y;
    *y = t;
}

void quick_sort(int arr[], const int len) 
{
    if (len <= 0) {
        return; // 避免len等於負值時引發段錯誤(Segment Fault)
    }
    
    // r[]模擬列表,p為數量,r[p++]為push,r[--p]為pop且取得元素
    Range r[len];
    
    int p = 0;
    r[p++] = new_Range(0, len - 1);
    while (p) 
    {
        Range range = r[--p];
        if (range.start >= range.end) {
            continue;
        }
        int mid = arr[(range.start + range.end) / 2]; // 選取中間點為基準點
        int left = range.start, right = range.end;
        do {
            while (arr[left] < mid) ++left;   // 檢測基準點左側是否符合要求
            while (arr[right] > mid) --right; //檢測基準點右側是否符合要求
 
            if (left <= right) {
                swap(&arr[left],&arr[right]);
                left++;right--;               // 移動指針以繼續
            }
        } while (left <= right);
 
        if (range.start < right) r[p++] = new_Range(range.start, right);
        if (range.end > left) r[p++] = new_Range(left, range.end);
    }
}

递归法:

void swap(int *x, int *y) 
{
    int t = *x;
    *x = *y;
    *y = t;
}

void quick_sort_recursive(int arr[], int start, int end) 
{
    if (start >= end) {
        return;
    }
    
    int mid = arr[end];
    int left = start, right = end - 1;
    while (left < right) 
    {
        while (arr[left] < mid && left < right)
        {
            left++;
        }
        while (arr[right] >= mid && left < right)
        {
            right--;
        }
        swap(&arr[left], &arr[right]);
    }
    if (arr[left] >= arr[end]) {
        swap(&arr[left], &arr[end]);
    } else {
        left++;
    }
    if (left) {
        quick_sort_recursive(arr, start, left - 1);
    }
    quick_sort_recursive(arr, left + 1, end);
}

void quick_sort(int arr[], int len) 
{
    quick_sort_recursive(arr, 0, len - 1);
}






参考资料

C 排序算法 https://www.runoob.com/cprogramming/c-sort-algorithm.html

C 语言实例 https://www.runoob.com/cprogramming/c-examples.html

C 语言经典100例 https://www.runoob.com/cprogramming/c-100-examples.html


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