数据结构——排序【下】

news2024/11/27 20:32:20

一、计数排序

二、快速排序

三、归并排序

四、八大排序时间复杂度及其稳定性

一、计数排序

计数排序是一个非基于比较的排序算法，元素从未排序状态变为已排序状态的过程，是由额外空间的辅助和元素本身的值决定的。该算法于1954年由 Harold H. Seward 提出。它的优势在于在对一定范围内的整数排序时，它的复杂度为Ο(n+k)（其中k是整数的范围），快于任何比较排序算法。是一种以空间换时间的行为。

其是实现过程可用以下动图来展示：

实现思路：

1. 该排序适用于该数组极值相差不大的情景，所以，我们可求得其范围进行创建数组辅助排序。

2. 我们可求得该数组的最大和最小值，我们可采取映射思想，进行遍历明白各个数在新数组的相对位置。

3. 将待排序集合每一个元素移动到计算得出的正确位置上。

代码实现：

void CountSort(int* a, int n)
{
	int max = a[0];
	int min = a[0];
	for (int i = 1; i < n; i++)
	{
		if (max < a[i])
		{
			max = a[i];
		}
		if (min > a[i])
		{
			min = a[i];
		}
	}
	//求范围
	int range = max - min + 1;
	int* tmp = (int*)calloc(range,sizeof(int));
	if (tmp == NULL)
	{
		perror("calloc fail");
		return;
	}
	//映射位置
	for (int i = 0; i < n; i++)
	{
		tmp[a[i] - min]++;
	}
	//进行排序
	int j = 0;
	for (int i = 0; i < range; i++)
	{
		while (tmp[i]--)
		{
			a[j++] = i + min;
		}
	}

	free(tmp);
	tmp = NULL;
}

易错点：

再最后排序时，一定要加的是 + min，如果加的为 tmp[i] 会导致出现问题，其原因为：tmp[i]，在不断的变化，会导致排序出错。

局限性：

该排序排序极值不能过大，否则会导致资源浪费。
只能排整数。

二、快速排序

快排的具体实现前文已经详细讲述，详情可见：深入理解并实现——快排【C语言版】-CSDN博客此处便不在赘述，以下为hoare版本实现：

int Hoare(int* a, int left,int right)
{
	int k = left;
	int begin = left;
	int end = right;
	while (begin < end)
	{
		while (begin < end && a[k] < a[end])		//这里等号可加可不加
		{
			end--;
		}
		while (begin < end && a[k] > a[begin])	
		{
			begin++;
		}
		swap(&a[begin], &a[end]);
	}
	swap(&a[begin], &a[k]);
	return begin;
}
 
void QuickSort(int* a, int left,int right)
{
	if (left >= right)		//递归结束条件判断
	{						//当左边与右边相等时，不用进行任何处理
		return;
	}
	int k = Hoare(a, left, right);
	QuickSort(a, left, k - 1);
	QuickSort(a, k + 1, right);	//区间为：左闭右开
}

三、归并排序

归并排序（Merge sort）是建立在归并操作上的一种有效的排序算法，该算法是采用分治法（Divide and Conquer）的一个非常典型的应用。将已有序的子序列合并，得到完全有序的序列；即先使每个子序列有序，再使子序列段间有序。

具体讲解可见：深入理解并实现——归并排序【C语言】-CSDN博客

以下为代码实现：

void _MergeSort(int* a, int* tmp, int left, int right)
{
	if (left >= right)
	{
		return;
	}
	int mid = (left + right) / 2;
	// 如果[begin, mid][mid+1, end]有序就可以进行归并了
	_MergeSort(a, tmp, left, mid);
	_MergeSort(a, tmp, mid + 1, right);
	//归并
	int begin1 = left, end1 = mid;
	int begin2 = mid + 1, end2 = right;
 
	int i = left;
	while (begin1 <= end1 && begin2 <= end2)
	{
		if (a[begin1] <= a[begin2])
		{
			tmp[i++] = a[begin1++];
		}
		else
		{
			tmp[i++] = a[begin2++];
		}
	}
 
	while (begin1 <= end1)
	{
		tmp[i++] = a[begin1++];
	}
 
	while (begin2 <= end2)
	{
		tmp[i++] = a[begin2++];
	}
 
	memcpy(a + left, tmp + left, sizeof(int) * (right - left + 1));
}
 
void MergeSort(int* a, int n)
{
	int* tmp = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
	if (tmp == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}
	_MergeSort(a, tmp, 0, n - 1);
 
	free(tmp);
	tmp = NULL;
}