常用排序算法的实现与介绍

常用排序算法的实现与介绍

在计算机科学中,排序算法是非常基础且重要的一类算法。本文将通过C语言代码实现,介绍几种常见的排序算法,包括冒泡排序、选择排序、插入排序和快速排序。以下是这些排序算法的具体实现和简要介绍。

1. 冒泡排序(Bubble Sort)

冒泡排序是一种简单的排序算法,它重复地走访要排序的数列,一次比较两个元素,如果它们的顺序错误就把它们交换过来。这个过程会重复进行直到没有元素需要交换为止。

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void bupsort(TYPE *arr, size_t len) {
    bool flag = true; // 标记是否发生交换
    for (size_t i = len - 1; i > 0 && flag; i--) {
        flag = false;
        for (size_t j = 0; j < i; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                swap(&arr[j], &arr[j + 1]);
                flag = true; // 发生交换
            }
        }
    }
    printf("%s\n", __func__);
}
2. 选择排序(Selection Sort)

选择排序是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是每一次从待排序的数据元素中选出最小(或最大)的一个元素,存放在序列的起始位置,直到全部待排序的数据元素排完。

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void select_sort(TYPE *arr, size_t len) {
    for (size_t i = 0; i < len - 1; i++) {
        size_t min_index = i;
        for (size_t j = i + 1; j < len; j++) {
            if (arr[j] < arr[min_index]) {
                min_index = j;
            }
        }
        if (min_index != i) {
            swap(&arr[i], &arr[min_index]);
        }
    }
    printf("%s\n", __func__);
}
3. 插入排序(Insertion Sort)

插入排序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。

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void insert_sort(TYPE *arr, size_t len) {
    for (size_t i = 1, j = 0; i < len; i++) {
        TYPE key = arr[i];
        for (j = i - 1; j >= 0 && arr[j] > key; j--) {
            arr[j + 1] = arr[j];
        }
        arr[j + 1] = key;
    }
    printf("%s\n", __func__);
}
4. 快速排序(Quick Sort)

快速排序是一种分治法的排序算法。它通过选择一个基准元素,将待排序数组分割成两部分,递归地排序两个子数组。

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// 处理分区逻辑的函数
int _Qsort(int *arr, int low, int high) {
    int pivot = arr[high];
    int index = low - 1;

    for (int i = low; i < high; i++) {
        if (arr[i] < pivot) {
            index++;
            swap(&arr[i], &arr[index]);
        }
    }

    swap(&arr[index + 1], &arr[high]);
    return index + 1;
}

// 递归调用函数
void _Qsort_recursive(int *arr, int low, int high) {
    if (low < high) {
        int pi = _Qsort(arr, low, high);

        _Qsort_recursive(arr, low, pi - 1);
        _Qsort_recursive(arr, pi + 1, high);
    }
}

// 公共接口函数
void Qsort(int *arr, size_t len) {
    if (arr != NULL && len > 0) {
        _Qsort_recursive(arr, 0, len - 1);
    }
    printf("%s\n", __func__);
}
5.希尔排序(shell sort)
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//希尔排序
void shell_sort(TYPE *arr, size_t len) 
{
    for(int gap = len / 2; gap > 0; gap /= 2)
    {
        for(int i = gap,j=0; i < len; i++)
        {
            TYPE key = arr[i];
            for(j = i; j-gap >= 0 && arr[j-gap] > key; j -= gap)
            {
                arr[j] = arr[j-gap];
            }
            if(i != j)
            arr[j] = key;
        }
    }
printf("%s\n",__func__);
}
主函数和测试

在主函数中,我们使用一个函数数组分别调用以上几种排序算法,并对随机生成的数组进行排序。

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int main() {
    TYPE arr[LEN];
    sort_func sorts[] = {bupsort, Qsort, select_sort, insert_sort};

    for (int i = 0; i < sizeof(sorts) / sizeof(sorts[0]); i++) {
        for (int j = 0; j < LEN; j++) {
            arr[j] = rand() % 100; // 填充数组随机值
        }
        printf("排序前: ");
        show_arr(arr, LEN);

        sorts[i](arr, LEN); // 调用排序函数

        printf("排序后: ");
        show_arr(arr, LEN);
        printf("==========================\n");
        printf("\n");
    }

    return 0;
}

在这个例子中,我们展示了如何使用C语言实现几种常见的排序算法,并通过函数指针数组动态调用不同的排序函数。通过这样的实现方式,可以方便地扩展和测试不同的排序算法。希望本文能帮助读者更好地理解和掌握这些基础的排序算法。

完整代码:

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#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdbool.h>
#define TYPE int
#define LEN 15

void swap(int *a, int *b) 
{
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}
void show_arr(TYPE *arr,size_t len)
{
    for(size_t i=0;i<len;i++)
    {
        printf("%d ",arr[i]);
    }
    printf("\n");
}
typedef void (*sort_func)(TYPE *arr,size_t len);// 排序函数类型定义

//冒泡排序
void bupsort(TYPE *arr,size_t len)
{
    bool flag=true;// 标记是否发生交换
    for(size_t i=len-1;i>0&&flag;i--)//发生过交换才继续
    {
        flag=false;// 标记是否发生交换
        for(size_t j=0;j<i;j++)
        {
            if(arr[j]>arr[j+1])
            {
                swap(&arr[j],&arr[j+1]);
                flag=true;// 发生交换
            }
        }
    }
    printf("%s\n",__func__);
}


//选择排序
void select_sort(TYPE *arr, size_t len) {
    for (size_t i = 0; i < len - 1; i++) {
        size_t min_index = i;
        for (size_t j = i + 1; j < len; j++) {
            if (arr[j] < arr[min_index]) {
                min_index = j;
            }
        }
        if (min_index != i) {
            swap(&arr[i], &arr[min_index]);
        }
    }
    printf("%s\n",__func__);
}

//插入排序
void insert_sort(TYPE *arr, size_t len) 
{
    for (size_t i = 1,j=0; i < len; i++) 
    {
        TYPE key = arr[i];
        for( j = i - 1; j >= 0 && arr[j] > key; j--)
        {
            arr[j+1] = arr[j];
        }
        arr[j+1] = key;
    }
    printf("%s\n",__func__);
}

//快速排序
// 处理分区逻辑的函数
int _Qsort(int *arr, int low, int high) {
    int pivot = arr[high]; // 最后一个元素作为基准
    int index = low - 1; // 记录小于基准元素的位置

    for (int i = low; i < high; i++) {
        if (arr[i] < pivot) {
            index++;
            swap(&arr[i], &arr[index]); // 将小于基准的元素移到左边
        }
    }

    swap(&arr[index + 1], &arr[high]); // 将基准元素放到中间
    return index + 1;
}

// 递归调用函数
void _Qsort_recursive(int *arr, int low, int high) {
    if (low < high) {
        int pi = _Qsort(arr, low, high);

        _Qsort_recursive(arr, low, pi - 1); // 排序左半部分
        _Qsort_recursive(arr, pi + 1, high); // 排序右半部分
    }
}

// 公共接口函数
void Qsort(int *arr, size_t len) {
    if (arr != NULL && len > 0) {
        _Qsort_recursive(arr, 0, len - 1);
    }
    printf("%s\n",__func__);
}
int main() {
    TYPE arr[LEN];
    sort_func sorts[] = {bupsort, Qsort, select_sort , insert_sort};// 排序函数数组

    for (int i = 0; i < sizeof(sorts) / sizeof(sorts[0]); i++) {
        for (int j = 0; j < LEN; j++) {
            arr[j] = rand() % 100; // 填充数组随机值
        }
        printf("排序前: ");
        show_arr(arr, LEN);

        sorts[i](arr, LEN); // 调用排序函数

        printf("排序后: ");
        show_arr(arr, LEN);
        printf("==========================\n");
        printf("\n");
    }

    return 0;
}
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