各種排序算法的比較

1.穩定性比較

插入排序、冒泡排序、二叉樹排序、二路歸併排序及其他線形排序是穩定的

選擇排序、希爾排序、快速排序、堆排序是不穩定的

2.時間複雜性比較

插入排序、冒泡排序、選擇排序的時間複雜性爲O(n2)

其它非線形排序的時間複雜性爲O(nlog2n)

線形排序的時間複雜性爲O(n);

3.輔助空間的比較

線形排序、二路歸併排序的輔助空間爲O(n),其它排序的輔助空間爲O(1);

4.其它比較

插入、冒泡排序的速度較慢,但參加排序的序列局部或整體有序時,這種排序能達到較快的速度。

反而在這種情況下,快速排序反而慢了。

當n較小時,對穩定性不作要求時宜用選擇排序,對穩定性有要求時宜用插入或冒泡排序。

若待排序的記錄的關鍵字在一個明顯有限範圍內時,且空間允許是用桶排序。

當n較大時,關鍵字元素比較隨機,對穩定性沒要求宜用快速排序。

當n較大時,關鍵字元素可能出現本身是有序的,對穩定性有要求時,空間允許的情況下。

宜用歸併排序。

當n較大時,關鍵字元素可能出現本身是有序的,對穩定性沒有要求時宜用堆排序。

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重溫經典排序思想--C語言常用排序全解  
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相關知識介紹(所有定義只爲幫助讀者理解相關概念,並非嚴格定義): 
1、穩定排序和非穩定排序 
簡單地說就是所有相等的數經過某種排序方法後,仍能保持它們在排序之前的相對次序,我們就 
說這種排序方法是穩定的。反之,就是非穩定的。 
比如:一組數排序前是a1,a2,a3,a4,a5,其中a2=a4,經過某種排序後爲a1,a2,a4,a3,a5, 
則我們說這種排序是穩定的,因爲a2排序前在a4的前面,排序後它還是在a4的前面。假如變成a1,a4, 
a2,a3,a5就不是穩定的了。

2、內排序和外排序

在排序過程中,所有需要排序的數都在內存,並在內存中調整它們的存儲順序,稱爲內排序; 
在排序過程中,只有部分數被調入內存,並藉助內存調整數在外存中的存放順序排序方法稱爲外排序。

3、算法的時間複雜度和空間複雜度

所謂算法的時間複雜度,是指執行算法所需要的計算工作量。 
一個算法的空間複雜度,一般是指執行這個算法所需要的內存空間。

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*/
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功能:選擇排序
輸入:數組名稱(也就是數組首地址)、數組中元素個數
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*/
/*
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算法思想簡單描述:

在要排序的一組數中,選出最小的一個數與第一個位置的數交換;
然後在剩下的數當中再找最小的與第二個位置的數交換,如此循環
到倒數第二個數和最後一個數比較爲止。 

選擇排序是不穩定的。算法複雜度O(n2)--[n的平方]
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*/
void select_sort(int *x, int n)
{
	int i, j, min, t;

	for (i=0; i<n-1; i++) /*要選擇的次數:0~n-2共n-1次*/
	{
		min = i; /*假設當前下標爲i的數最小,比較後再調整*/
		for (j=i+1; j<n; j++)/*循環找出最小的數的下標是哪個*/
		{
			if (*(x+j) < *(x+min))
			{   
				min = j; /*如果後面的數比前面的小,則記下它的下標*/
			}
		}  

		if (min != i) /*如果min在循環中改變了,就需要交換數據*/
		{
			t = *(x+i);
			*(x+i) = *(x+min);
			*(x+min) = t;
		}
	}
}


/*
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功能:直接插入排序
輸入:數組名稱(也就是數組首地址)、數組中元素個數
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*/
/*
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算法思想簡單描述:

在要排序的一組數中,假設前面(n-1) [n>=2] 個數已經是排
好順序的,現在要把第n個數插到前面的有序數中,使得這n個數
也是排好順序的。如此反覆循環,直到全部排好順序。

直接插入排序是穩定的。算法時間複雜度O(n2)--[n的平方]
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*/
void insert_sort(int *x, int n)
{
	int i, j, t;

	for (i=1; i<n; i++) /*要選擇的次數:1~n-1共n-1次*/
	{
		/*
暫存下標爲i的數。注意:下標從1開始,原因就是開始時
第一個數即下標爲0的數,前面沒有任何數,單單一個,認爲
它是排好順序的。
*/
		t=*(x+i);
		for (j=i-1; j>=0 && t<*(x+j); j--) /*注意:j=i-1,j--,這裏就是下標爲i的數,在它前面有序列中找插入位置。*/
		{
			*(x+j+1) = *(x+j); /*如果滿足條件就往後挪。最壞的情況就是t比下標爲0的數都小,它要放在最前面,j==-1,退出循環*/
		}

		*(x+j+1) = t; /*找到下標爲i的數的放置位置*/
	}
}


/*
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功能:冒泡排序
輸入:數組名稱(也就是數組首地址)、數組中元素個數
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*/
/*
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算法思想簡單描述:

在要排序的一組數中,對當前還未排好序的範圍內的全部數,自上
而下對相鄰的兩個數依次進行比較和調整,讓較大的數往下沉,較
小的往上冒。即:每當兩相鄰的數比較後發現它們的排序與排序要
求相反時,就將它們互換。

下面是一種改進的冒泡算法,它記錄了每一遍掃描後最後下沉數的
位置k,這樣可以減少外層循環掃描的次數。

冒泡排序是穩定的。算法時間複雜度O(n2)--[n的平方]
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*/

void bubble_sort(int *x, int n)
{
	int j, k, h, t;

	for (h=n-1; h>0; h=k) /*循環到沒有比較範圍*/
	{
		for (j=0, k=0; j<h; j++) /*每次預置k=0,循環掃描後更新k*/
		{
			if (*(x+j) > *(x+j+1)) /*大的放在後面,小的放到前面*/
			{
				t = *(x+j);
				*(x+j) = *(x+j+1);
				*(x+j+1) = t; /*完成交換*/
				k = j; /*保存最後下沉的位置。這樣k後面的都是排序排好了的。*/
			}
		}
	}
}


/*
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功能:希爾排序
輸入:數組名稱(也就是數組首地址)、數組中元素個數
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*/
/*
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算法思想簡單描述:

在直接插入排序算法中,每次插入一個數,使有序序列只增加1個節點,
並且對插入下一個數沒有提供任何幫助。如果比較相隔較遠距離(稱爲
增量)的數,使得數移動時能跨過多個元素,則進行一次比較就可能消除
多個元素交換。D.L.shell於1959年在以他名字命名的排序算法中實現
了這一思想。算法先將要排序的一組數按某個增量d分成若干組,每組中
記錄的下標相差d.對每組中全部元素進行排序,然後再用一個較小的增量
對它進行,在每組中再進行排序。當增量減到1時,整個要排序的數被分成
一組,排序完成。

下面的函數是一個希爾排序算法的一個實現,初次取序列的一半爲增量,
以後每次減半,直到增量爲1。

希爾排序是不穩定的。
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*/
void shell_sort(int *x, int n)
{
	int h, j, k, t;

	for (h=n/2; h>0; h=h/2) /*控制增量*/
	{
		for (j=h; j<n; j++) /*這個實際上就是上面的直接插入排序*/
		{
			t = *(x+j);
			for (k=j-h; (k>=0 && t<*(x+k)); k-=h)
			{
				*(x+k+h) = *(x+k);
			}
			*(x+k+h) = t;
		}
	}
}


/*
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功能:快速排序
輸入:數組名稱(也就是數組首地址)、數組中起止元素的下標
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*/
/*
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算法思想簡單描述:

快速排序是對冒泡排序的一種本質改進。它的基本思想是通過一趟
掃描後,使得排序序列的長度能大幅度地減少。在冒泡排序中,一次
掃描只能確保最大數值的數移到正確位置,而待排序序列的長度可能只
減少1。快速排序通過一趟掃描,就能確保某個數(以它爲基準點吧)
的左邊各數都比它小,右邊各數都比它大。然後又用同樣的方法處理
它左右兩邊的數,直到基準點的左右只有一個元素爲止。它是由
C.A.R.Hoare於1962年提出的。

顯然快速排序可以用遞歸實現,當然也可以用棧化解遞歸實現。下面的
函數是用遞歸實現的,有興趣的朋友可以改成非遞歸的。

快速排序是不穩定的。最理想情況算法時間複雜度O(nlog2n),最壞O(n2)

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*/
void quick_sort(int *x, int low, int high)
{
	int i, j, t;

	if (low < high) /*要排序的元素起止下標,保證小的放在左邊,大的放在右邊。這裏以下標爲low的元素爲基準點*/
	{
		i = low;
		j = high;
		t = *(x+low); /*暫存基準點的數*/

		while (i<j) /*循環掃描*/
		{
			while (i<j && *(x+j)>t) /*在右邊的只要比基準點大仍放在右邊*/
			{
				j--; /*前移一個位置*/
			}

			if (i<j) 
			{
				*(x+i) = *(x+j); /*上面的循環退出:即出現比基準點小的數,替換基準點的數*/
				i++; /*後移一個位置,並以此爲基準點*/
			}

			while (i<j && *(x+i)<=t) /*在左邊的只要小於等於基準點仍放在左邊*/
			{
				i++; /*後移一個位置*/
			}

			if (i<j)
			{
				*(x+j) = *(x+i); /*上面的循環退出:即出現比基準點大的數,放到右邊*/
				j--; /*前移一個位置*/
			}
		}

		*(x+i) = t; /*一遍掃描完後,放到適當位置*/
		quick_sort(x,low,i-1);  /*對基準點左邊的數再執行快速排序*/
		quick_sort(x,i+1,high);  /*對基準點右邊的數再執行快速排序*/
	}
}


/*
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功能:堆排序
輸入:數組名稱(也就是數組首地址)、數組中元素個數
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*/
/*
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算法思想簡單描述:

堆排序是一種樹形選擇排序,是對直接選擇排序的有效改進。
堆的定義如下:具有n個元素的序列(h1,h2,...,hn),當且僅當
滿足(hi>=h2i,hi>=2i+1)或(hi<=h2i,hi<=2i+1)(i=1,2,...,n/2)
時稱之爲堆。在這裏只討論滿足前者條件的堆。

由堆的定義可以看出,堆頂元素(即第一個元素)必爲最大項。完全二叉樹可以
很直觀地表示堆的結構。堆頂爲根,其它爲左子樹、右子樹。
初始時把要排序的數的序列看作是一棵順序存儲的二叉樹,調整它們的存儲順序,
使之成爲一個堆,這時堆的根節點的數最大。然後將根節點與堆的最後一個節點
交換。然後對前面(n-1)個數重新調整使之成爲堆。依此類推,直到只有兩個節點
的堆,並對它們作交換,最後得到有n個節點的有序序列。

從算法描述來看,堆排序需要兩個過程,一是建立堆,二是堆頂與堆的最後一個元素
交換位置。所以堆排序有兩個函數組成。一是建堆的滲透函數,二是反覆調用滲透函數
實現排序的函數。

堆排序是不穩定的。算法時間複雜度O(nlog2n)。

*/
/*
功能:滲透建堆
輸入:數組名稱(也就是數組首地址)、參與建堆元素的個數、從第幾個元素開始
*/
void sift(int *x, int n, int s)
{
	int t, k, j;

	t = *(x+s); /*暫存開始元素*/
	k = s;  /*開始元素下標*/
	j = 2*k + 1; /*右子樹元素下標*/

	while (j<n)
	{
		if (j<n-1 && *(x+j) < *(x+j+1))/*判斷是否滿足堆的條件:滿足就繼續下一輪比較,否則調整。*/
		{
			j++;
		}

		if (t<*(x+j)) /*調整*/
		{
			*(x+k) = *(x+j);
			k = j; /*調整後,開始元素也隨之調整*/
			j = 2*k + 1;
		}
		else /*沒有需要調整了,已經是個堆了,退出循環。*/
		{
			break;
		}
	}

	*(x+k) = t; /*開始元素放到它正確位置*/
}


/*
功能:堆排序
輸入:數組名稱(也就是數組首地址)、數組中元素個數
*/
void heap_sort(int *x, int n)
{
	int i, k, t;
	int *p;

	for (i=n/2-1; i>=0; i--)
	{
		sift(x,n,i); /*初始建堆*/
	} 

	for (k=n-1; k>=1; k--)
	{
		t = *(x+0); /*堆頂放到最後*/
		*(x+0) = *(x+k);
		*(x+k) = t;
		sift(x,k,0); /*剩下的數再建堆*/
	}
}


void main()
{ 
#define MAX 4
	int *p, i, a[MAX];

	/*錄入測試數據*/
	p = a;
	printf("Input %d number for sorting :\n",MAX);
	for (i=0; i<MAX; i++)
	{
		scanf("%d",p++);
	}
	printf("\n");

	/*測試選擇排序*/


	p = a;
	select_sort(p,MAX);
	/**/


	/*測試直接插入排序*/

	/*
	p = a;
	insert_sort(p,MAX);
	*/


	/*測試冒泡排序*/

	/*
	p = a;
	insert_sort(p,MAX);
	*/

	/*測試快速排序*/

	/*
	p = a;
	quick_sort(p,0,MAX-1);
	*/

	/*測試堆排序*/

	/*
	p = a;
	heap_sort(p,MAX);
	*/

	for (p=a, i=0; i<MAX; i++)
	{
		printf("%d ",*p++);
	}

	printf("\n");
	system("pause");
}

來自:http://www.cnblogs.com/xinjun/archive/2010/08/30/1812394.html


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