[数据结构]：12-快速排序（顺序表指针实现形式）（C语言实现）

news2024/11/24 19:10:59

目录

前言

已完成内容

快速排序实现

01-开发环境

02-文件布局

03-代码

01-主函数

02-头文件

03-PSeqListFunction.cpp

04-SortCommon.cpp

05-SortFunction.cpp

结语

前言

        此专栏包含408考研数据结构全部内容，除其中使用到C++引用外，全为C语言代码。使用C++引用主要是为了简化指针的使用，避免二重指针的出现。

        快速排序本文主要采用了两种编写思想：1）交换思想 2）覆盖思想(挖坑法)。其中交换思想中又包含两种：1）直接对数组指针进行操作，移动指针所在位置，实现分治。2）对数组下表进行操作、记录，实现分治。

        两种思想各有特色，读者可根据自身情况选择，相对而言挖坑法更易理解。

        交换思想两种操作方式宜各有特色，个人觉得指针方式更易理解。（最初书写代码时，便是采用了交换思想--指针操作方式。）每个人情况不同，可根据自身情况选择。

已完成内容

[数据结构]：01-顺序表（C语言实现）_Chandni.的博客-CSDN博客

[数据结构]：02-单链表（C语言实现）_Chandni.的博客-CSDN博客

[数据结构]：03-栈（C语言实现）_Chandni.的博客-CSDN博客

[数据结构]：04-循环队列（数组）（C语言实现）_Chandni.的博客-CSDN博客

[数据结构]：05-循环队列（链表）（C语言实现）_Chandni.的博客-CSDN博客

[数据结构]：06-队列（链表带头结点）（C语言实现）_Chandni.的博客-CSDN博客

[数据结构]：07-二叉树（无头结点）（C语言实现）_Chandni.的博客-CSDN博客

[数据结构]：08-顺序查找（顺序表指针实现形式）（C语言实现）_Chandni.的博客-CSDN博客

[数据结构]：09-二分查找（顺序表指针实现形式）（C语言实现）_Chandni.的博客-CSDN博客

[数据结构]：10-二叉排序树（无头结点）（C语言实现）_Chandni.的博客-CSDN博客

[数据结构]：11-冒泡排序（顺序表指针实现形式）（C语言实现）_Chandni.的博客-CSDN博客 

快速排序实现

01-开发环境

        语言：C/C++14

        编译器：MinGW64

        集成开发环境：CLion2022.1.3

02-文件布局

        请在CLion集成开发环境中创建C++可执行程序，否则无法运行，原因上面已解释。

                        ​​   

03-代码

01-主函数

        用于测试快速排序。

// 顺序表以指针形式实现(申请堆空间，可动态控制顺序表大小)--数组实现形式不可以动态控制顺序表大小
#include "./Head/PSeqSearchData.h"
#include "./Source/PSeqListFunction.cpp"
#include "./Source/SortCommon.cpp"
#include "./Source/SortFunction.cpp"

int main() {
    // 顺序表初始化
    PSeqList PSL;
    PSeqListCreate(PSL, 10);
    PSeqListPrint(PSL);

    // 调试内容
//    int Array[] = {2, 3, 1, 5, 1, 10};
    memcpy(PSL.data, Array, sizeof(Array));
//    PSL.data = Array;
//    PSL.ListLength = 6;

    // 快速排序--数组指针操作
//    QuickSortPointer(PSL.data, PSL.ListLength);
//    PSeqListPrint(PSL);

    // 快速排序--数组操作
    // 初始化头标签和尾标签
//    int start = 1, end = PSL.ListLength - 1;
//    QuickSort(PSL.data, start, end);
//    PSeqListPrint(PSL);

    // 快速排序--挖坑法
    QuickSortHole(PSL.data, 0, PSL.ListLength - 1);
    PSeqListPrint(PSL);
    return 0;
}

02-头文件

        用于存储结构体和常量等。

//
// Created by 24955 on 2023-03-02.
// 顺序表以指针形式实现(申请堆空间，可动态控制顺序表大小)-数组实现形式不可以动态控制顺序表大小
//

#ifndef INC_01_SEQUENCESEARCH_PSEQSEARCHDATA_H
#define INC_01_SEQUENCESEARCH_PSEQSEARCHDATA_H
// 头文件
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <time.h>

// 常量
typedef int ElemType;

// 结构体
// 顺序表结构体(以指针形式实现)
typedef struct {
    ElemType *data;
    int ListLength;
}PSeqList;
#endif //INC_01_SEQUENCESEARCH_PSEQSEARCHDATA_H

03-PSeqListFunction.cpp

        用于存储顺序表初始化和打印输出等函数。

//
// Created by 24955 on 2023-03-02.
// 顺序表以指针形式实现(申请堆空间，可动态控制顺序表大小)--数组实现形式不可以动态控制顺序表大小
// 不使用哨兵
//
// 顺序表初始化
void PSeqListCreate(PSeqList &PSList, int Length) {
    /*
     * 1. 为顺序表申请堆空间
     * 2. 根据Length大小设置顺序表长度
     * 3. 随机数初始化顺序表*/
    PSList.ListLength = Length;
    PSList.data = (ElemType *) malloc((PSList.ListLength) * sizeof(ElemType));
    srand(time(NULL));
    for (int i = 0; i < PSList.ListLength; i++) {
        PSList.data[i] = rand() % 100;
    }
}

// 顺序表打印输出
void PSeqListPrint(PSeqList PSList) {
    /*
     * 1. 0号元素为哨兵因此从1号元素开始打印输出*/
    for (int i = 0; i < PSList.ListLength; i++) {
        printf("%3d", PSList.data[i]);
    }
    printf("\n");
}

04-SortCommon.cpp

        用于存储排序公用函数--交换函数、分割函数。

//
// Created by 24955 on 2023-03-06.
//
// 交换两值元素
void Swap(ElemType &ElemOne, ElemType &ElemTwo) {
    /*
     * 1. 交换两元素值*/
    ElemType TemporaryData;
    TemporaryData = ElemOne;
    ElemOne = ElemTwo;
    ElemTwo = TemporaryData;
}

// 分割函数--交换
int Partition(ElemType *Data, int start, int end) {
    /*
     * 1. PartitionIndex标记分割元素所在位置
     * 2. PartitionData标记分割元素值
     * 3. 主要思想为交换*/
    // 开始标签指向分割元素前一个位置，因此需要-1
    // 可根据自身情况修改(为满足两函数都可调用，做了一定折中处理)
    // QuickSortPointer函数中可根据自身理解设置start值
    ElemType PartitionIndex = start - 1;
    ElemType PartitionData = Data[PartitionIndex];
    // 当end > start时，完成一次分割(大于分隔值的在右边，小于分隔值的在左边)
    while (start <= end) {
        // 设当前数组第0个元素为分割元素
        /* 1. 头标签代表元素值大于等于分隔值时
         * 2. 判断尾标签代表元素与分隔值大小关系*/
        if (Data[start] >= PartitionData) {
            if (Data[end] >= PartitionData) {
                // 尾标签代表元素值大于等于分隔值时，移动尾标签-1
                end--;
            } else {
                // 尾标签代表元素值小于分隔值时，交换并将头标签+1，尾标签-1
                Swap(Data[start++], Data[end--]);
            }
        } else {
            // 头标签代表元素值小于分隔值时，移动头标签+1
            start++;
        }
    }
    // 将分割元素与尾标签所指元素交换，即可将分割元素位于"中间位置"(排好分割元素)
    Swap(Data[end], Data[PartitionIndex]);
    // 返回交换后分割元素所在位置
    return end;
}

// 分割函数--挖坑法(覆盖)
int PartitionHole(ElemType *Data, int start, int end) {
    /*
     * 1. 挖坑法主要思想为覆盖*/
    // 用一个变量记录分割元素值
    ElemType PartitionData = Data[start];
    while (start < end) {
        // 从后向前寻找第一个小于分割元素值的位置
        while (start < end && Data[end] >= PartitionData) {
            end--;
        }
        // 覆盖
        Data[start] = Data[end];
        // 从前向后寻找第一个大于分割元素值的位置
        while (start < end && Data[start] <= PartitionData) {
            start++;
        }
        // 覆盖
        Data[end] = Data[start];
    }
    // start所在位置几位中间位置(排序后实际所在位置)
    Data[start] = PartitionData;
    return start;
}

05-SortFunction.cpp

        用于存储快速排序函数。

//
// Created by 24955 on 2023-03-06.
// 快排最好、平均时间复杂度O(nlog2n)，最坏时间复杂度O(n^2)(本身有序)
// 快排空间复杂度O(log2n)
//
// 快速排序--数组指针操作
void QuickSortPointer(ElemType *Data, int Length) {
    /*
     * 1. 传递数组指针和长度进行递归排序
     * 2. 此方式不便于理解当方便使用*/
    // 初始化头标签和尾标签
    int start = 1, end = Length - 1;
    // 备份Data数组--用于结尾交换和参数传递使用(内部更改了Data数组值)
    ElemType *TemporaryData = Data;
    // 数组为1个或0个元素时，自身有序因此结束递归
    if (Length > 1) {
        end = Partition(Data, start, end);
        // 可用以下代码替换该处函数调用
        {
//        // 当end > start时，完成一次分割(大于分隔值的在右边，小于分隔值的在左边)
//        while (start <= end) {
//            // 设当前数组第0个元素为分割元素
//            /* 1. 头标签代表元素值大于等于分隔值时
//             * 2. 判断尾标签代表元素与分隔值大小关系*/
//            if (Data[start] >= Data[0]) {
//                if (Data[end] >= Data[0]) {
//                    // 尾标签代表元素值大于等于分隔值时，移动尾标签-1
//                    end--;
//                } else {
//                    // 尾标签代表元素值小于分隔值时，交换并将头标签+1，尾标签-1
//                    Swap(Data[start++], Data[end--]);
//                }
//            } else {
//                // 头标签代表元素值小于分隔值时，移动头标签+1
//                start++;
//            }
//        }
//        // 将分割元素与尾标签所指元素交换，即可将分割元素位于"中间位置"(排好分割元素)
//        Swap(Data[end], Data[0]);
        }

        // 分而治之，分别将分割元素之前的元素和之后的元素重新进行快排
        // 直到只有一个元素时，结束递归
        QuickSortPointer(TemporaryData, end);
        QuickSortPointer(TemporaryData + end + 1, Length - end - 1);
    }
}

// 快速排序--数组操作
void QuickSort(ElemType *Data, int start, int end) {
    /*
     * 1. 递归结束条件为start > end*/
    if (start <= end) {
        int PartitionIndex = Partition(Data, start, end);
        // 设置尾标签为PartitionIndex - 1
        QuickSort(Data, start, PartitionIndex - 1);
        // 头标签位于分割元素之前，因此需要+2指向新的头标签(+1指向分割元素)
        QuickSort(Data, PartitionIndex + 2, end);
    }
}


// 快速排序--挖坑法
void QuickSortHole(ElemType *Data, int start, int end) {
    /*
     * 1. 递归结束条件为start >= end*/
    if (start < end) {
        int PartitionIndex = PartitionHole(Data, start, end);
        QuickSortHole(Data, start, PartitionIndex - 1);
        QuickSortHole(Data, PartitionIndex + 1, end);
    }
}

结语

        此博客主要用于408考研数据结构C语言实现记录，内有不足，可留言，可讨论。

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