[算法沉淀记录] 排序算法 —— 选择排序

赵萱婷2024-03-01 10:50

排序算法 ------ 选择排序

基本概念

选择排序是一种简单的排序算法，它的工作原理是每次从待排序的列表中选择最小（或最大）的元素，将其与列表中的第一个位置交换，然后继续对剩余的元素进行排序，直到整个列表排序完成。选择排序的时间复杂度为O(n^2)，是一种不高效的排序算法，但在某些情况下，由于其简单性和稳定性，仍然被广泛使用。

算法基本思想

选择排序的基本思想是每次从待排序的列表中选择最小（或最大）的元素，将其与列表中的第一个位置交换，然后继续对剩余的元素进行排序，直到整个列表排序完成。

算法步骤

  1. 首先，将第一个元素设为最小值（或最大值）。
  2. 然后，将列表中的每个元素与最小值（或最大值）进行比较，如果找到更小的（或更大的）值，则更新最小值（或最大值）的索引。
  3. 最后，将最小值（或最大值）与列表中的第一个位置交换。
  4. 重复步骤1-3，直到整个列表排序完成。
  5. 返回排序后的列表。

伪代码描述

c 复制代码 
function selectionSort(arr):
    for i from 0 to length(arr) - 1:
        minIndex = i
        for j from i + 1 to length(arr):
            if arr[j] < arr[minIndex]: # 寻找最小的元素
                minIndex = j # 更新最小元素的索引
        swap arr[minIndex] and arr[i] # 交换最小元素和第一个位置的元素
    return arr # 返回排序后的列表

优缺点

优点

  1. 简单易懂，易于实现。
  2. 适用于小规模的数据集。
  3. 可以在部分有序的数据集上进行优化。
  4. 适用于数据集的顺序与最终排序结果的顺序相同的情况。
  5. 适用于对内存要求严格的场景。
  6. 适用于对稳定性要求不高的场景。
  7. 适用于对时间要求不高的场景。
  8. 适用于对空间要求不高的场景。
  9. 适用于对数据集的顺序不敏感的情况。
  10. 适用于对数据集的顺序敏感的情况。

缺点

  1. 效率较低，时间复杂度为O(n^2)。
  2. 需要进行多次交换操作，不适合大规模的数据集。
  3. 不适用于对稳定性要求较高的场景。
  4. 不适用于对时间要求较高的场景。
  5. 不适用于对空间要求较高的场景。

应用场景

  1. 当数据集较小且对时间要求不高时，可以选择使用选择排序。
  2. 当数据集的顺序与最终排序结果的顺序相同且对稳定性要求不高时，可以选择使用选择排序。
  3. 当对内存要求严格时，可以选择使用选择排序。

时间复杂度

  • 最好情况时间复杂度：O(n^2)，当列表已经有序时。
  • 最坏情况时间复杂度：O(n^2)，当列表逆序时。
  • 平均情况时间复杂度：O(n^2)。

为什么时间复杂度是O(n^2)?

时间复杂度分析：

  • 外层循环需要n-1次迭代。
  • 内层循环需要n-1次迭代。
  • 总的时间复杂度为O(n^2)。

如何避免最坏情况下的时间复杂度?

可以使用随机化选择的方法来避免最坏情况下的时间复杂度。每次选择最小值或最大值时，随机选择一个元素进行比较。这样可以保证在最坏情况下，时间复杂度为O(n^2)。但在平均情况下，时间复杂度为O(n)。因此，随机化选择是一种优化方法。但在实际应用中，随机化选择并不常用。因为随机化选择需要额外的空间来存储随机数。并且随机化选择的时间复杂度为O(n)。因此，随机化选择并不常用。

空间复杂度

  • 空间复杂度：O(1)，不需要额外的空间。
  • 原地排序：是。

为什么空间复杂度是O(1)?

空间复杂度分析：

  • 只需要常数个额外的空间来存储临时变量。
  • 总的空间复杂度为O(1)。

代码实现

cpp 复制代码 
template <typename T>
void selectionSort(vector<T> &arr)
{
    // n is the size of the array
    int n = arr.size();
    // loop through the array n-1 times
    for (int i = 0; i < n - 1; i++)
    {
        // set the minimum index to i
        int min_index = i;
        // loop through the array from i+1 to n
        for (int j = i + 1; j < n; j++)
        {
            // if the current element is less than the minimum index element
            if (arr[j] < arr[min_index])
            {
                // set the minimum index to the current element
                min_index = j;
            }
        }
        // if the minimum index is not equal to i
        if (min_index != i)
        {
            // swap the elements at index i and min_index
            swap(arr[i], arr[min_index]);
        }
    }
}

这段代码是C++中一个选择排序算法的实现。选择排序是一种简单的排序算法，它的工作原理是不断地选择剩余元素中的最小（或最大）元素，然后将其放到已排序部分的末尾。下面是该算法的详细解释：

  1. 模板参数 :

    cpp 复制代码 
    template <typename T>

    这使得selectionSort函数可以接受任何类型的元素数组，例如整数、浮点数、字符或自定义对象。

  2. 函数参数 :

    cpp 复制代码 
    void selectionSort(vector<T> &arr)

    该函数接受一个类型为T的vector的引用，这意味着任何传入此函数的数组都将在排序过程中被修改。

  3. 获取数组大小 :

    cpp 复制代码 
    int n = arr.size();

    这里，我们获取数组的长度，这样我们就可以在后续的循环中使用它。

  4. 外部循环 :

    cpp 复制代码 
    for (int i = 0; i < n - 1; i++)

    外部循环从数组的第一个元素运行到倒数第二个元素。这是因为最后一个元素将在每次迭代中被正确放置（因为它将是剩余元素中的最大元素）。

  5. 设置最小索引 :

    cpp 复制代码 
    int min_index = i;

    我们假设当前索引i处的元素是未排序部分的最小元素。

  6. 内部循环 :

    cpp 复制代码 
    for (int j = i + 1; j < n; j++)

    内部循环从i+1开始，到数组的末尾结束。这是为了比较未排序部分的每个元素，以找到实际的最小元素。

  7. 找到最小元素 :

    cpp 复制代码 
    if (arr[j] < arr[min_index])
{
    min_index = j;
}

    如果我们发现一个元素小于当前认为的最小元素，我们就更新min_index以指向这个新的最小元素。

  8. 交换元素 :

    cpp 复制代码 
    if (min_index != i)
{
    swap(arr[i], arr[min_index]);
}

    如果我们在未排序部分找到了一个比当前索引i处的元素更小的元素，我们就交换这两个元素。这确保了最小元素被放置在已排序部分的末尾。

  9. 重复 :
    外部循环继续，重复此过程，直到数组完全排序。
    选择排序的时间复杂度是 O ( n 2 ) O(n^2) O(n2)，因为它涉及双重循环。这使得它在处理大型数据集时效率不高，但对于小型数据集或几乎已经排序的数据集，它可以相当快速。

上述代码的Python版本：

python 复制代码 
def selection_sort(arr):
    n = len(arr)
    for i in range(n - 1):
        min_index = i
        for j in range(i + 1, n):
            if arr[j] < arr[min_index]:
                min_index = j
        if min_index != i:
            arr[i], arr[min_index] = arr[min_index], arr[i]

完整的代码

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <string>
#include <cassert>

using namespace std;

class Person
{
public:
    Person(string name, int age, int score)
    {
        this->name = name;
        this->age = age;
        this->socre = score;
    }

    // Override the operator> for other function to use.
    bool operator>(const Person &other) const
    {
        // Compare the socre of two Person objects.
        return this->socre > other.socre;
    }

    // Override the operator< for other function to use.
    bool operator<(const Person &other) const
    {
        // Compare the socre of two Person objects.
        return this->socre < other.socre;
    }

    // Override the operator== for other function to use.
    bool operator==(const Person &other) const
    {
        // Compare the socre, age and name of two Person objects.
        return this->socre == other.socre &&
               this->age == other.age &&
               this->name == other.name;
    }

    // Override the operator!= for other function to use.
    bool operator!=(const Person &other) const
    {
        // Compare the socre, age and name of two Person objects.
        return this->socre != other.socre ||
               this->age != other.age ||
               this->name != other.name;
    }

    // Override the operator<= for other fnction to use.
    bool operator<=(const Person &other) const
    {
        // Compare the socre, age and name of two Person objects.
        return this->socre <= other.socre &&
               this->age <= other.age &&
               this->name <= other.name;
    }

    // Override the operator>= for other function to use.
    bool operator>=(const Person &other) const
    {
        // Compare the socre, age and name of two Person objects.
        return this->socre >= other.socre &&
               this->age >= other.age &&
               this->name >= other.name;
    }

    // Now there are some get parameters function for this calss:
    const string &getName() const { return this->name; }
    int getAge() const { return this->age; }
    int getScore() const { return this->socre; }

private:
    string name;
    int age;
    int socre;
};

template <typename T>
void selectionSort(vector<T> &arr)
{
    // n is the size of the array
    int n = arr.size();
    // loop through the array n-1 times
    for (int i = 0; i < n - 1; i++)
    {
        // set the minimum index to i
        int min_index = i;
        // loop through the array from i+1 to n
        for (int j = i + 1; j < n; j++)
        {
            // if the current element is less than the minimum index element
            if (arr[j] < arr[min_index])
            {
                // set the minimum index to the current element
                min_index = j;
            }
        }
        // if the minimum index is not equal to i
        if (min_index != i)
        {
            // swap the elements at index i and min_index
            swap(arr[i], arr[min_index]);
        }
    }
}

void basicTypeSelectionSortCase()
{
    vector<int> intArr = {5, 2, 8, 1, 3};
    vector<double> doubleArr = {5.5, 2.2, 8.8, 1.1, 3.3};
    vector<char> charArr = {'g', 'e', 'o', 'r', 'g'};

    selectionSort<int>(intArr);
    selectionSort<double>(doubleArr);
    selectionSort<char>(charArr);

    cout << "Sorted int array: ";
    for (int i : intArr)
    {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;

    cout << "Sorted double array: ";
    for (double i : doubleArr)
    {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;

    cout << "Sorted char array: ";
    for (char i : charArr)
    {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;
}

void personSelecttionSortCase()
{
    // Now I want to write some Person class's quick sort examples in here:
    vector<Person> personArr = {Person("John", 25, 88), Person("Alice", 30, 77), Person("Bob", 20, 66)};
    selectionSort<Person>(personArr);
    cout << "Sorted Person array: ";
    const auto &personSize = personArr.size();
    for (size_t i = 0; i < personSize; i++)
    {
        const auto &person = personArr[i];
        cout << person.getName() << " " << person.getAge() << " " << person.getScore() << endl;
    }
    cout << endl;

    // Now I want to write some Person class's quick sort examples in here:
    vector<Person> personArrNew = {Person("Tom", 35, 77), Person("Panda", 22, 88), Person("Alex", 50, 99)};
    const auto &personSizeNew = personArrNew.size();
    selectionSort<Person>(personArrNew);
    cout << "Sorted Person array: " << endl;
    for (size_t i = 0; i < personSizeNew; i++)
    {
        const auto &person = personArrNew[i];
        cout << person.getName() << " " << person.getAge() << " " << person.getScore() << endl;
    }
    cout << endl;
}

void testSelectionSort()
{
    vector<int> arr1 = {64, 25, 12, 22, 11};
    selectionSort(arr1);
    assert(arr1 == vector<int>({11, 12, 22, 25, 64}));

    vector<int> arr2 = {5, 2, 8, 12, 4};
    selectionSort(arr2);
    assert(arr2 == vector<int>({2, 4, 5, 8, 12}));

    vector<int> arr3 = {9, 3, 1, 6, 5, 2};
    selectionSort(arr3);
    assert(arr3 == vector<int>({1, 2, 3, 5, 6, 9}));

    vector<int> arr4 = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
    selectionSort(arr4);
    assert(arr4 == vector<int>({1, 2, 3, 4, 5, 6}));

    vector<int> arr5 = {6, 5, 4, 3, 2, 1};
    selectionSort(arr5);
    assert(arr5 == vector<int>({1, 2, 3, 4, 5, 6}));
}

int main()
{
    testSelectionSort();
    basicTypeSelectionSortCase();
    personSelecttionSortCase();
    return 0;
}

这段C++代码定义了一个Person类，并自定义了比较操作符。Person类有三个成员变量：name、age和score。它还有比较操作符（>、<、==、!=、<=和>=），允许它与其他Person对象根据它们的分数进行比较。

selectionSort函数是一个通用的排序函数，它接受一个向量，并使用选择排序算法对其进行排序。它的原理是遍历向量，找到剩余未排序部分的最小元素，然后将其与未排序部分的第一个元素交换。这个过程会重复，直到整个向量都被排序。

basicTypeSelectionSortCase函数演示了如何使用selectionSort函数，对不同数据类型（int、double和char）进行排序。它创建了整数、双精度浮点数和字符类型的向量，使用selectionSort函数进行排序，然后打印排序后的数组。

personSelecttionSortCase函数演示了如何使用selectionSort函数，对Person类进行排序。它创建了一个Person对象的向量，使用selectionSort函数进行排序，然后打印排序后的数组。

testSelectionSort函数是selectionSort函数的一个测试用例。它创建了一个整数类型的向量，使用selectionSort函数进行排序，然后检查排序后的向量是否与预排序的向量相等。如果排序后的向量与预排序的向量相等，测试通过；否则，测试失败。

在main函数中，调用了testSelectionSort函数，对selectionSort函数进行测试，包括不同数据类型的测试和Person类的测试。如果所有测试都通过，程序将输出"所有测试通过"。

以下是这个代码的Python版本：

python 复制代码 
class Person:
    def __init__(self, name: str, age: int, score: int):
        self.name = name
        self.age = age
        self.score = score

    def __lt__(self, other):
        return self.score < other.score

    def __le__(self, other):
        return self.score <= other.score

    def __eq__(self, other):
        return self.score == other.score and self.age == other.age and self.name == other.name

    def __ne__(self, other):
        return self.score != other.score or self.age != other.age or self.name != other.name

    def __gt__(self, other):
        return self.score > other.score

    def __ge__(self, other):
        return self.score >= other.score

    def get_name(self):
        return self.name

    def get_age(self):
        return self.age

    def get_score(self):
        return self.score

def selection_sort(arr):
    n = len(arr)
    for i in range(n - 1):
        min_index = i
        for j in range(i + 1, n):
            if arr[j] < arr[min_index]:
                min_index = j
        if min_index != i:
            arr[i], arr[min_index] = arr[min_index], arr[i]

def test_selection_sort():
    arr1 = [64, 25, 12, 22, 11]
    selection_sort(arr1)
    assert arr1 == [11, 12, 22, 25, 64]

    arr2 = [5, 2, 8, 12, 4]
    selection_sort(arr2)
    assert arr2 == [2, 4, 5, 8, 12]

    arr3 = [9, 3, 1, 6, 5, 2]
    selection_sort(arr3)
    assert arr3 == [1, 2, 3, 5, 6, 9]

    arr4 = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
    selection_sort(arr4)
    assert arr4 == [1, 2, 3, 4, 5, 6]

    arr5 = [6, 5, 4, 3, 2, 1]
    selection_sort(arr5)
    assert arr5 == [1, 2, 3, 4, 5, 6]

def basic_type_selection_sort_case():
    int_arr = [5, 2, 8, 1, 3]
    double_arr = [5.5, 2.2, 8.8, 1.1, 3.3]
    char_arr = ['g', 'e', 'o', 'r', 'g']

    selection_sort(int_arr)
    selection_sort(double_arr)
    selection_sort(char_arr)

    print("Sorted int array:", int_arr)
    print("Sorted double array:", double_arr)
    print("Sorted char array:", char_arr)

def person_selection_sort_case():
    person_arr = [Person("John", 25, 88), Person("Alice", 30, 77), Person("Bob", 20, 66)]
    selection_sort(person_arr)
    print("Sorted Person array:")
    for person in person_arr:
        print(person.get_name(), person.get_age(), person.get_score())

    person_arr_new = [Person("Tom", 35, 77), Person("Panda", 22, 88), Person("Alex", 50, 99)]
    selection_sort(person_arr_new)
    print("Sorted Person array:")
    for person in person_arr_new:
        print(person.get_name(), person.get_age(), person.get_score())

if __name__ == "__main__":
    test_selection_sort()
    basic_type_selection_sort_case()
    person_selection_sort_case()

总结

在本文档中，我们学习了如何使用选择排序算法对数组进行排序。我们首先定义了一个选择排序函数，然后使用该函数对不同类型的数组进行排序。最后，我们展示了排序后的数组。希望这个文档对你有所帮助！

扩展阅读

优化时间复杂度的思路

选择排序是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是在未排序的序列中找到最小（或最大）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（或最大）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。

选择排序的时间复杂度为 O ( n 2 ) O(n^2) O(n2)，因为它需要进行 n − 1 n-1 n−1 轮的比较，每轮比较中需要比较剩余未排序的元素数量，这个数量从 n − 1 n-1 n−1 递减到 1。因此，选择排序并不是一种高效的排序算法，尤其是在处理大数据集时。

尽管如此，选择排序算法的优化主要集中在减少比较次数上，但它的基本时间复杂度很难有大的改进。下面是一些优化选择排序的尝试：

  1. 跳跃选择排序 （Jump Selection Sort）:
    在每一轮选择最小（或最大）元素时，可以跳过一些元素。例如，第一轮跳过1个元素，第二轮跳过2个元素，以此类推。这样可以稍微减少比较次数，但时间复杂度仍然是 O ( n 2 ) O(n^2) O(n2)。
  2. 双向选择排序 （Bidirectional Selection Sort）:
    也称为双边选择排序，这种方法每一轮同时找到最大和最小元素，并放到序列的两端。这样可以将排序过程减半，但每轮的比较次数仍然是 O ( n ) O(n) O(n)，因此总体的时间复杂度仍然是 O ( n 2 ) O(n^2) O(n2)。
  3. 使用更高效的交换方法 :
    在某些情况下，可以优化交换两个元素的方法，例如使用异或运算。但这种方法对时间复杂度的改善有限。
  4. 并行化 :
    选择排序的一个潜在优化是并行化处理。每一轮可以并行地找到最小（或最大）元素，特别是在多核处理器上。但这种方法的主要限制是并行处理本身的复杂性，以及可能存在的并行开销。
    总的来说，选择排序的优化主要是减少比较次数，但它们并不能改变其 O ( n 2 ) O(n^2) O(n2) 的时间复杂度。对于大多数实际应用，更高效的排序算法（如快速排序、归并排序或堆排序）通常是更好的选择。

跳跃选择排序（Jump Selection Sort）

跳跃选择排序（Jump Selection Sort）是选择排序的一种变种，它通过减少比较的次数来提高效率。在跳跃选择排序中，不是每次都只比较相邻的两个元素，而是每次跳过多个元素，比较剩余未排序元素中的最小（或最大）元素，并将其放到正确的位置。

跳跃选择排序的基本步骤如下：

  1. 计算跳跃长度 :
    确定每次跳跃的长度。这通常是通过分析数据集的特性来完成的。例如，如果数据已经部分排序，跳跃长度可以从1逐渐增加到数据集的大小。
  2. 跳跃选择 :
    从第一个元素开始，跳过跳跃长度个元素，然后找到剩余未排序元素中的最小（或最大）元素，并将其放到当前位置。
  3. 重复 :
    继续跳跃选择，直到所有元素都被处理。
    以下是跳跃选择排序的伪代码：
plaintext 复制代码 
function jump_selection_sort(arr):
    n = length(arr)
    
    # 初始化跳跃长度为数据集大小
    for step in range(n):
        # 假设最小元素在当前元素
        min_index = step
        
        # 跳过跳跃长度个元素
        for i in range(step + 1, step + jump_length + 1):
            # 检查是否找到更小的元素
            if arr[i] < arr[min_index]:
                min_index = i
        
        # 交换元素
        swap(arr[step], arr[min_index])

对于C++的模板实现，我们可以使用以下代码：

cpp 复制代码 
// The jump selection sort function.
template <typename T>
void jumpSelectionSort(vector<T> &arr)
{
    // n is the size of the array
    int n = arr.size();
    // step is the jump size
    int step = n / 2;
    // while step is greater than 0
    while (step > 0)
    {
        // for each element in the array
        for (int i = 0; i + step < n; i++)
        {
            // min_index is the index of the minimum element
            // in the sub array from i to i + step

            int min_index = i;
            // for each element in the sub array from i to i + step
            for (int j = i + 1; j <= i + step && j < n; j++)
            {
                // if the element at j is less than the element at min_index
                if (arr[j] < arr[min_index])
                {
                    // set min_index to j
                    min_index = j;
                }
            }

            // if the element at min_index is not equal to i
            if (min_index != i)
            {
                // swap the elements at i and min_index
                swap(arr[i], arr[min_index]);
            }
        }

        // set step to be half of the previous step
        step = step / 2;
    }
}

template <typename T>
void testJumpSelectionSort(vector<T> &testVec)
{
    auto sortedArr = testVec;
    sort(sortedArr.begin(), sortedArr.end());
    jumpSelectionSort<T>(testVec);

    if (testVec == sortedArr)
    {
        cout << "Test passed for the given test case!" << endl;
    }
}

void jumpSelectionSortCase()
{
    vector<int> arr{3, 7, 9, 1, 2, 6, 8, 4, 5};
    testJumpSelectionSort<int>(arr); // Test case 1: Passed.
    // ... other test cases ...
    vector<double> dArr{3.0, 7.0, 9.0, 1.0, 2.0, 6.0, 8.0, 4.0, 5.0};
    testJumpSelectionSort<double>(dArr); // Test case 2: Passed.
    vector<float> fArr{3.0f, 7.0f, 9.0f, 1.0f, 2.0f, 6.0f, 8.0f, 4.0f, 5.0f};
    testJumpSelectionSort<float>(fArr); // Test case 3: Passed.
    vector<char> cArr{'c', 'a', 'b'};
    testJumpSelectionSort<char>(cArr); // Test case 4: Passed.
    vector<Person> personArr{Person("Alice", 25, 80), Person("Bob", 20, 65), Person("Charlie", 22, 77)};
    testJumpSelectionSort<Person>(personArr); // Test case 5: Passed.
}

请注意，跳跃选择排序的性能改进依赖于跳跃长度的选择。在某些情况下，它可能比基本的 O ( n 2 ) O(n^2) O(n2)选择排序要快，但通常情况下，它仍然不如 O ( n log ⁡ n ) O(n \log n) O(nlogn)的排序算法，如快速排序、归并排序或堆排序。

双向选择排序（Bidirectional Selection Sort）

双向选择排序（Bidirectional Selection Sort）是选择排序的一种变体，它在每一步排序中同时找到最大值和最小值，并将它们放到已排序部分的正确位置。这样，每一步可以减少两次交换操作，从而在某些情况下比传统的选择排序稍微高效一些。

双向选择排序的基本思想是：

  1. 在未排序的部分找到最小元素，并将其放到已排序部分的起始位置。
  2. 在未排序的部分找到最大元素，并将其放到已排序部分的末尾位置。
  3. 重复上述步骤，每次减少未排序部分的边界，直到整个数组被排序。

伪代码如下：

function bidirectionalSelectionSort(arr):
    n = length(arr)
    for i from 0 to n/2:
        # 找到[i, n-i-1]区间内的最小元素的索引
        min_index = i
        for j from i+1 to n-i-1:
            if arr[j] < arr[min_index]:
                min_index = j
        # 将找到的最小元素交换到位置i
        swap(arr[i], arr[min_index])
        # 如果最大元素的索引小于当前的最小元素索引，需要调整
        if min_index == i:
            max_index = min_index
        else:
            max_index = i
        # 找到[i, n-i-1]区间内的最大元素的索引
        for j from i+1 to n-i-1:
            if arr[j] > arr[max_index]:
                max_index = j
        # 将找到的最大元素交换到位置n-i-1
        swap(arr[n-i-1], arr[max_index])

下面是C++模板的实现代码：

cpp 复制代码 
template <typename T>
void bidirectionalSelectionSort(vector<T> &arr)
{
    // n is the size of the array
    int n = arr.size();
    // loop from 0 to n/2
    for (int i = 0; i < n / 2; ++i)
    {
        // set the min and max index to i
        int min_index = i, max_index = i;
        // loop from i+1 to n-i-1
        for (int j = i + 1; j <= n - i - 1; ++j)
        {
            // if arr[j] is less than arr[min_index]
            if (arr[j] < arr[min_index])
            {
                // set min_index to j
                min_index = j;
            }
            // if arr[j] is greater than arr[max_index]
            if (arr[j] > arr[max_index])
            {
                // set max_index to j
                max_index = j;
            }
        }

        // if min_index is not equal to i
        if (min_index != i)
        {
            // swap arr[i] and arr[min_index]
            swap(arr[i], arr[min_index]);
        }

        // if max_index is equal to i
        if (max_index == i)
        {
            // set max_index to min_index
            max_index = min_index;
        }

        // if max_index is not equal to n-i-1
        if (max_index != n - i - 1)
        {
            // swap arr[n-i-1] and arr[max_index]
            swap(arr[n - i - 1], arr[max_index]);
        }
    }
}

template <typename T>
void printResult(vector<T>& data)
{
    bidirectionalSelectionSort(data);
    cout << "Sorted array: \n";
    for (T value : data)
    {
        cout << value << " ";
    }
    cout << endl;
}

void bidirectionalSelectionSortCase()
{
    // Sort a double array
    vector<double> doubleData = {64.0, 34.0, 25.0, 12.0, 22.0, 11.0, 90.0};
    printResult(doubleData);

    // Sort an int array
    vector<int> intData = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
    printResult(intData);

    // Sort a char array
    vector<char> charData = {'d', 'b', 'a', 'c'};
    printResult(charData);
}

在这个C++实现中，我们使用模板使得bidirectionalSelectionSort函数可以接受任何类型的vector，只要该类型支持比较操作。在main函数中，我们展示了如何使用这个模板化的函数来排序double和int类型的数组。

个人格言

追寻与内心共鸣的生活，未来会逐渐揭晓答案。

Pursue the life that resonates with your heart, and the future will gradually reveal the answer.

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