測試數據之自動生成

最近在學習排序算法的時候，需要利用程序自動生成測試數據，代碼和思路整理在這篇文章里面。

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1. 設計思路

因為會被很多排序算法調用，所以，數據自動生成代碼應該放在.h頭文件中。為了防止命名沖突，函數被封裝在“命名空間”中（代碼中命名空間是: SortTestHelper）。

而對於排序來說，自動生成數據的類型需要有以下幾種：

1. [a, b]范圍內的n個隨機數據，比如：1、2、100、-1...
2. n個近乎有序的數據，比如：1、2、3、7、5、6、4...
3. n個近乎相同的數據，比如：1、1、1、2、2、2、2、2...

除此之外，還需要數組淺拷貝、打印的函數，以及驗證是否排序成功和測試排序時間的函數。

2. 用的知識點

1. srand(time(NULL)) 與 rand() : 設立隨機種子，生成隨機數
2. clock() : 用來算法運行前后的計算時鍾周期差值，再除以CLOCKS_PER_SEC 即為運行秒數。
3. 函數式編程 : 使用函數指針，方便調用和測試排序函數

其中rand()函數能生成 0 到MAX_INT之間的隨機整數。如果想生成[0, n)之間的整數，需要取余操作：int x = rand() % n;；如果想生成[left, right]之間的整數，需要進行偏移：int x = rand() % (right - left + 1) + left;

3. 代碼實現

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// Created by GodBMW.com on 2018/9/11.
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#ifndef BASESORT_SORTHELPER_H
#define BASESORT_SORTHELPER_H

#include <iostream>
#include <string>
#include <ctime>
#include <cassert>

using namespace std;

namespace SortTestHelper {
    // 生成[left, right]范圍內n個隨機數
    template <typename T>
    T* generateRandomArray(int n, int left, int right) {
        assert( left <= right );
        T *arr = new T[n];
        srand(time(NULL)); // set random seed
        for(int i = 0; i < n; i++) {
            arr[i] = rand() % (right - left + 1) + left;
        }
        return arr;
    }

    // 生成[0, n)范圍內n個近乎有序的隨機數
    template <typename T>
    T* generateNearlyOrderedArray(int n, int swap_times) {
        T *arr = new T[n];
        srand(time(NULL));
        // 先生成長度為n的有序數組
        for(int i = 0; i < n; i++) {
            arr[i] = i + 1;
        }
        // 隨機選取其中2個數據，交換 swap_times 次
        for(int i = 0; i < swap_times; i++) {
            int pos_x = rand() % n;
            int pos_y = rand() % n;
            swap(arr[pos_x], arr[pos_y]);
        }
        return arr;
    }

    template <typename T>
    T* copyArray(T arr[], int length) {
      T* brr = new T[length]; // 注意檢查brr數組大小
      copy(arr, arr + length, brr);
      return brr;
    }

    template <typename T>
    void printArray(T arr[], int length) {
        for(int i = 0; i < length; i++) {
            cout<< arr[i] << " ";
        }
        cout<< endl;
        return;
    }

    template <typename T>
    bool isSorted(T arr[], int length) {
        for(int i = 0; i < length-1; i++) {
            if(arr[i] > arr[i + 1]) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    // 第三個參數是函數指針，傳入后，可以在本函數內運行被傳入的函數
    template <typename T>
    void testSort(T arr[], int length, void(*sort)(T[], int), string name) {
        clock_t startTime = clock();
        sort(arr, length);
        clock_t endTime = clock();

        assert(isSorted(arr, length));
        cout << name << " : " << double(endTime - startTime) / CLOCKS_PER_SEC << " seconds" << endl;
        // endTime - startTime: 時鍾周期
        return;
    }

}

#endif //BASESORT_SORTHELPER_H

我們沒有實現第二部分所說的 生成n個近乎相同的數據，比如：1、1、1、2、2、2、2、2...。因為可以借助 generateRandomArray 函數，比如:SortTestHelper::generateRandomArray(10000, 0, 10)。生成[0,10]區間內 10000 個整數，那么不就是近乎相同的嗎？