排序算法学习笔记

1. 排序的定义

排序(Sorting)是将一组数据按照一定的顺序排列的过程。排序的顺序可以是升序或降序。

2. 排序算法的分类

排序算法可以分为内部排序和外部排序:

  • 内部排序:数据在内存中进行排序。
  • 外部排序:数据量大于内存容量时,需要借助外部存储进行排序。

3. 常见排序算法

3.1 冒泡排序(Bubble Sort)

冒泡排序是一种简单的交换排序算法,通过重复地遍历要排序的列表,比较相邻元素并交换顺序,直到列表有序。

c 复制代码
void bubbleSort(int* arr, int n) {
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
}

3.2 选择排序(Selection Sort)

选择排序是一种简单的选择排序算法,通过在未排序部分中找到最小(或最大)元素,并将其放到已排序部分的末尾,直到排序完成。

c 复制代码
void selectionSort(int* arr, int n) {
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
        int minIndex = i;
        for (int j = i + 1; j < n; j++) {
            if (arr[j] < arr[minIndex]) {
                minIndex = j;
            }
        }
        int temp = arr[minIndex];
        arr[minIndex] = arr[i];
        arr[i] = temp;
    }
}

3.3 插入排序(Insertion Sort)

插入排序是一种简单的插入排序算法,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。

c 复制代码
void insertionSort(int* arr, int n) {
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        int key = arr[i];
        int j = i - 1;
        while (j >= 0 && arr[j] > key) {
            arr[j + 1] = arr[j];
            j--;
        }
        arr[j + 1] = key;
    }
}

3.4 快速排序(Quick Sort)

快速排序是一种高效的分治排序算法,通过选择一个基准元素,将数组分成两部分,一部分比基准元素小,另一部分比基准元素大,递归地对两部分进行排序。

c 复制代码
int partition(int* arr, int low, int high) {
    int pivot = arr[high];
    int i = low - 1;
    for (int j = low; j <= high - 1; j++) {
        if (arr[j] < pivot) {
            i++;
            int temp = arr[i];
            arr[i] = arr[j];
            arr[j] = temp;
        }
    }
    int temp = arr[i + 1];
    arr[i + 1] = arr[high];
    arr[high] = temp;
    return i + 1;
}

void quickSort(int* arr, int low, int high) {
    if (low < high) {
        int pi = partition(arr, low, high);
        quickSort(arr, low, pi - 1);
        quickSort(arr, pi + 1, high);
    }
}

3.5 归并排序(Merge Sort)

归并排序是一种高效的分治排序算法,通过将数组分成两个子数组,对每个子数组进行排序,然后合并两个已排序的子数组。

c 复制代码
void merge(int* arr, int l, int m, int r) {
    int n1 = m - l + 1;
    int n2 = r - m;
    int L[n1], R[n2];
    for (int i = 0; i < n1; i++) {
        L[i] = arr[l + i];
    }
    for (int i = 0; i < n2; i++) {
        R[i] = arr[m + 1 + i];
    }
    int i = 0, j = 0, k = l;
    while (i < n1 && j < n2) {
        if (L[i] <= R[j]) {
            arr[k] = L[i];
            i++;
        } else {
            arr[k] = R[j];
            j++;
        }
        k++;
    }
    while (i < n1) {
        arr[k] = L[i];
        i++;
        k++;
    }
    while (j < n2) {
        arr[k] = R[j];
        j++;
        k++;
    }
}

void mergeSort(int* arr, int l, int r) {
    if (l < r) {
        int m = l + (r - l) / 2;
        mergeSort(arr, l, m);
        mergeSort(arr, m + 1, r);
        merge(arr, l, m, r);
    }
}

3.6 堆排序(Heap Sort)

堆排序是一种基于堆这种数据结构的排序算法,通过构建最大堆或最小堆,将堆顶元素与末尾元素交换,然后对剩余元素进行调整,直到排序完成。

c 复制代码
void heapify(int* arr, int n, int i) {
    int largest = i;
    int left = 2 * i + 1;
    int right = 2 * i + 2;
    if (left < n && arr[left] > arr[largest]) {
        largest = left;
    }
    if (right < n && arr[right] > arr[largest]) {
        largest = right;
    }
    if (largest != i) {
        int temp = arr[i];
        arr[i] = arr[largest];
        arr[largest] = temp;
        heapify(arr, n, largest);
    }
}

void heapSort(int* arr, int n) {
    for (int i = n / 2 - 1; i >= 0; i--) {
        heapify(arr, n, i);
    }
    for (int i = n - 1; i > 0; i--) {
        int temp = arr[0];
        arr[0] = arr[i];
        arr[i] = temp;
        heapify(arr, i, 0);
    }
}

4. 排序算法的比较

排序算法 时间复杂度(平均) 时间复杂度(最坏) 时间复杂度(最好) 空间复杂度 稳定性
冒泡排序 O(n^2) O(n^2) O(n) O(1) 稳定
选择排序 O(n^2) O(n^2) O(n^2) O(1) 不稳定
插入排序 O(n^2) O(n^2) O(n) O(1) 稳定
快速排序 O(n log n) O(n^2) O(n log n) O(log n) 不稳定
归并排序 O(n log n) O(n log n) O(n log n) O(n) 稳定
堆排序 O(n log n) O(n log n) O(n log n) O(1) 不稳定
相关推荐
hengcaib3 小时前
防封号电销外包公司怎么选合规线路与风控核查方法
笔记
胡渠洋4 小时前
postman学习
学习·测试工具·postman
Amazing_Cacao5 小时前
CFCA精品可可产区风土解析(美洲):无情打破风味堆叠假象,建立时间轴上的层次动态阅读系统
学习
六点_dn6 小时前
Linux学习笔记-shell运算符
linux·笔记·学习
其实防守也摸鱼6 小时前
渗透--损坏的对象级别鉴权漏洞(Broken Object Level Authorization, BOLA)
大数据·网络·数据库·学习·tcp/ip·安全·安全威胁分析
念雨思6 小时前
信用卡权益对比:基于HarmonyOS + ArkTS的AI智能金融助手开发实践
人工智能·学习·华为·金融·harmonyos·鸿蒙
铅笔侠_小龙虾6 小时前
Rust 学习(2)-变量、常量与 shadowing
学习·算法·rust
降临-max6 小时前
软件测试基础---项目实战
软件测试·笔记·功能测试·测试用例
it小生01017 小时前
从底层思维到高效行动,顶尖人才进阶核心修炼指南
学习·学习方法
恣逍信点7 小时前
《凌微经》通俗解读——哲学第一因
学习·职场和发展·创业创新·学习方法·业界资讯·交友·哲学