排序算法實現合集-經典排序算法實現與分析:冒泡排序,快速排序;直接插入排序,希爾排序;簡單選擇排序,堆排序;歸並排序,基數排序;


針對排序算法,網上有比較好的講解,參考自:程序員內功:八大排序算法和 程序員的內功——數據結構和算法系列 這里主要是學習過程中的重新記錄,記錄典型的排序算法實現模板;

排序算法穩定性講解:

https://www.cnblogs.com/codingmylife/archive/2012/10/21/2732980.html  

https://blog.csdn.net/qq_43152052/article/details/100078825

排序的穩定性:首先,排序算法的穩定性大家應該都知道,通俗地講就是能保證排序前2個相等的數其在序列的前后位置順序和排序后它們兩個的前后位置順序相同。在簡單形式化一下,如果Ai = Aj,Ai原來在位置前,排序后Ai還是要在Aj位置前。算法有的可以穩定,也可以不穩定(冒泡排序),穩定否要看算法是否符合穩定的定義;

冒泡排序:簡單交換,從左端開始從大到小開始冒泡;每次冒泡后,最大值歸位;減治思想,縮小問題規模;

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <vector>
using namespace std;
vector<int> inarray;
int main(){
    freopen("in.txt", "r", stdin); // 重定向到輸入 
    int i = 0; 
    int tmp; 
    // 方法1
    while (cin >> tmp)
    {   
        inarray.push_back(tmp);
        // cout << inarray[i] << endl;
        i++;
    }
    int num =  i;
    cout << "輸入數據:" << endl;
    for(i = 0; i < num; i++){
        cout << inarray[i] << " ";
    }
    cout << endl << endl;
    cout << "排序過程:" << endl;
    for(i=1; i < num; i++){
        for (int j = 0; j < num-i;j++){
            if(inarray[j] >= inarray[j+1]){
                int tmp = inarray[j];
                inarray[j] = inarray[j+1];
                inarray[j+1] = tmp;
            }
        }
        for(int k = 0; k < num; k++){
            cout << inarray[k] << " ";
        }
        cout << endl;
    }
    for(i = 0; i < num; i++){
        cout << inarray[i] << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}
冒泡排序實現模板
輸入數據:
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 

排序過程:
8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 
7 6 5 4 3 2 1 0 8 9 
6 5 4 3 2 1 0 7 8 9 
5 4 3 2 1 0 6 7 8 9 
4 3 2 1 0 5 6 7 8 9 
3 2 1 0 4 5 6 7 8 9 
2 1 0 3 4 5 6 7 8 9 
1 0 2 3 4 5 6 7 8 9 
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
冒泡排序輸出樣例

快速排序:通過一趟排序將排序的數據分割成獨立的兩部分,分割點左邊都是比它小的數據,右邊都是比它大的數; 使用分治方法,縮小問題規模,遞歸求解;

 

實現方法:

#define DEBUG 1
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <vector>
using namespace std;
void printarray(vector<int> &arr, int left, int right);

// 分解 第一版本;
int divide_1(vector<int> &arr, int left, int right){
    int base =  arr[left]; // 選取第一個元素為left;
    if(DEBUG){
        cout << endl << "base:" << base << " " << "left:" << left << " " << "right:" << right << endl;
    }
    while (true)
    {
        while (arr[right] >= base && right > left)
        {
            right --;
        }
        if (right == left){
            printarray(arr, left, right);
            break;
        }
        arr[left] = arr[right];
        arr[right] = base;
        left ++;
        printarray(arr, left, right);
        while (arr[left] <= base && left < right)
        {
            left ++;
        }
        if (left == right){
            printarray(arr, left, right);
            break;
        }
        arr[right] = arr[left];
        arr[left] = base;
        right --;
        printarray(arr, left, right);
    }
    return left; // 返回當前 base 所在的索引
}

// 分解第二版本
int divide_2(vector<int> &arr, int left, int right){
    int base = arr[left];
    while (left < right)
    {
        while (left < right && base <= arr[right])
        {
            right --;
        }
        arr[left] = arr[right];
        while (left < right && arr[left] <= base)
        {
            left ++;
        }
        arr[right] =  arr[left];
    }
    arr[left] = base;
    return left; // 返回當前base的索引;
}

// 快速排序算法
void quicksort(vector<int> &arr, int left, int right){
    // 設置遞歸出口
    if (left >= right){
        return;
    }
    int baseindex = divide_1(arr, left, right);
    quicksort(arr, left, baseindex-1);
    quicksort(arr, baseindex+1, right);
    // 快速排序算法,強調對問題原有數據的分解;
    // 每分解一次,一個元素歸位;為減治;
    // 每分解一次,轉化為兩個獨立的子問題;為分治;
}

// 打印函數;
void printarray(vector<int> &arr, int left, int right){
    if((left == -1 && right== -1)|| DEBUG){
        for(int i = 0; i < arr.size(); i++){
            cout << arr[i] << " ";
        }
        cout << endl;
    }
    if((left != -1&&right != -1)&& DEBUG){
        cout << "left:" << left << " " << "right:" << right << endl;
    }
}

int main(){
    vector<int> arr; 
    freopen("in.txt", "r", stdin); // 重定向到輸入 
    int i = 0; 
    int tmp; 
    while (cin >> tmp)
    {   
        arr.push_back(tmp);
        // cout << inarray[i] << endl;
        i++;
    }
    int num =  i;
    cout << "輸入數據:" << endl;
    printarray(arr, -1, -1);
    cout << endl;
    if (DEBUG){
        cout << "排序過程:" << endl;
    }

    // 快速排序算法調用;其他代碼為調試輸出代碼;
    quicksort(arr, 0, num-1); 

    if (DEBUG){
        cout << endl;
    }
    cout << "排序結果:" << endl;
    printarray(arr, -1, -1);
    return 0;
}
快速排序代碼模板
bash-3.2$ c++ 快速排序.cc; ./a.out
輸入數據:
7 8 9 6 5 4 3 2 1 

排序過程:

base:7 left:0 right:8
1 8 9 6 5 4 3 2 7 
left:1 right:8
1 7 9 6 5 4 3 2 8 
left:1 right:7
1 2 9 6 5 4 3 7 8 
left:2 right:7
1 2 7 6 5 4 3 9 8 
left:2 right:6
1 2 3 6 5 4 7 9 8 
left:3 right:6
1 2 3 6 5 4 7 9 8 
left:6 right:6

base:1 left:0 right:5
1 2 3 6 5 4 7 9 8 
left:0 right:0

base:2 left:1 right:5
1 2 3 6 5 4 7 9 8 
left:1 right:1

base:3 left:2 right:5
1 2 3 6 5 4 7 9 8 
left:2 right:2

base:6 left:3 right:5
1 2 3 4 5 6 7 9 8 
left:4 right:5
1 2 3 4 5 6 7 9 8 
left:5 right:5

base:4 left:3 right:4
1 2 3 4 5 6 7 9 8 
left:3 right:3

base:9 left:7 right:8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 
left:8 right:8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 
left:8 right:8

排序結果:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 
快速排序輸出樣例
排序類型:交換排序;
排序方法:快速排序;
時間復雜度:
數據基本有序的時候,以第一個元素為基准,二分后;第一個子序列為空;此時效率較差;
當隨機分布的時候,兩個子序列的元素個數相接近的時候,此時效率最好;
最好時間復雜度:nlogn;
最壞時間復雜度:n2;
空間復雜度:因為每次排序,都需要1個空間,存儲base;所以空間復雜度為 logn;最壞的時候為n;
算法穩定性:因為排序過程中,相等的元素可能會因為分區而交換順序;所以不是穩定的算法;
快速排序為什么比冒泡排序快:因為快速排序利用分治的算法,把當前數據分為大於base的數組和小於base的數組;這樣可以減少兩個數組間的元素比較,而分治成兩個獨立的子問題;所以能夠減少比較次數,從而加快了排序的速度;

直接插入排序:直接插入排序每一趟,將一個等待排序的記錄,按照關鍵字的大小插入到前面有序隊列中;直到掃描所有的數字后,每次都有一個數字歸位排序完成;減治,縮小問題規模;

#define DEBUG 1
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <vector>
using namespace std;
void printarray(vector<int> &arr);

//直接插入排序
void insertsort(vector<int> &arr){
    int toins;
    for(int i =1;  i < arr.size(); i++){
        toins = arr[i];
        cout << "toins: " << toins << endl;
        int j;
        // 進行循環挪動左側有序數組,找到待插入位置
        for (j = i-1; j >=0; j--)
        {
            if(arr[j]>= toins){
                arr[j+1] = arr[j];
            }else{
                break;
            }
        }
        arr[j+1] = toins; // 進行插入數組
        printarray(arr);
    }
}

// 打印函數;
void printarray(vector<int> &arr){
    for(int i = 0; i < arr.size(); i++){
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl;
    if(DEBUG){
        //cout << "left:" << left << " " << "right:" << right << endl;
    }
}

int main(){
    vector<int> arr; 
    freopen("in.txt", "r", stdin); // 重定向到輸入 
    int i = 0; 
    int tmp; 
    while (cin >> tmp)
    {   
        arr.push_back(tmp);
        // cout << inarray[i] << endl;
        i++;
    }
    int num =  i;
    cout << "輸入數據:" << endl;
    printarray(arr);
    cout << endl;
    if (DEBUG){
        cout << "排序過程:" << endl;
    }

    // 插入排序算法調用;其他代碼為調試輸出代碼;
    insertsort(arr);

    if (DEBUG){
        cout << endl;
    }
    cout << "排序結果:" << endl;
    printarray(arr);
    return 0;
}
直接插入排序代碼模板
bash-3.2$ c++ 直接插入排序.cc ; ./a.out
輸入數據:
7 6 5 3 4 2 1 

排序過程:
toins: 6
6 7 5 3 4 2 1 
toins: 5
5 6 7 3 4 2 1 
toins: 3
3 5 6 7 4 2 1 
toins: 4
3 4 5 6 7 2 1 
toins: 2
2 3 4 5 6 7 1 
toins: 1
1 2 3 4 5 6 7 

排序結果:
1 2 3 4 5 6 7 
直接插入排序輸出樣例
排序類型:插入排序;
關鍵操作:元素比較次數;
時間復雜度:
最好時間復雜度:當數據在正序的時候,執行效率最好;時間復雜度為n;
最壞時間復雜度:當數據為逆序的時候,執行效率最差;時間復雜度為n2;
空間復雜度:不過使用交換還是插入,都需要使用一個空間存儲要插入的值,復雜度為1;
算法穩定性:主要還是看實現方式,基本上是穩定的算法;當然也能實現為不穩定的;
優化方法:尋找插入位置的時候,可以使用二分查找來進行優化;

希爾排序:希爾排序是把記錄按照一定增量(gap)分組,對每個組進行直接插入排序算法進行排序;當增量逐漸減小,每個組的關鍵詞越來越多,當增量減少為1的時候,整個數據只要進行少量微調便可有序;希爾排序是直接插入排序的優化;總體目標是減少比較和交換次數;實現過程中,可以使用數組交換,也可以使用移動插入的方式來進行排序;

 

#define DEBUG 1
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <vector>
using namespace std;
void printarray(vector<int> &arr);

//希爾插入排序_移動插入方式實現;
void shellsort(vector<int> &arr){
    int size =  arr.size();
    for (int gap = size/2; gap >0; gap /=2)
    {
        cout << "gap: " << gap << endl;
        for (int i = 0; i < gap; i++) // 希爾排序的每次gap;
        {
            for (int j = i+gap; j < size; j += gap) // 類比於插入排序;使用j 抽象出一組序列;
            {
                int toins =  arr[j]; int k;
                cout << toins << endl;
                for (k = j-gap; k >= i; k -= gap)
                {
                    if (arr[k] >= toins)
                    {
                        arr[k+gap] = arr[k];
                    }else
                    {
                        break;
                    }
                }
                arr[k+gap] =  toins; // 使用移動插入的方式進行實現;
                printarray(arr);
            }
        }
    }
}

//希爾排序,使用交換方式實現; 類似於冒泡排序
void shellsort_2(vector<int> &arr){
    int size =  arr.size();
    for (int gap = size/2; gap >0; gap /=2)
    {
        cout << "gap: " << gap << endl;
        for (int i = 0; i < gap; i++) // 希爾排序的每次gap;
        {
            for (int j = i+gap; j < size; j += gap) // 類比於插入排序;使用j 抽象出一組序列;
            {
                int k;
                cout << "toins: " << arr[j] << endl;
                for (k = j-gap; k >= i; k -= gap)
                {
                    if (arr[k] >= arr[k+gap])
                    {
                        int tmp = arr[k+gap];
                        arr[k+gap] = arr[k];
                        arr[k] = tmp;
                    } else {
                        break;
                    }
                }
                printarray(arr);
            }
        }
    }
}

// 打印函數;
void printarray(vector<int> &arr){
    for(int i = 0; i < arr.size(); i++){
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl;
    if(DEBUG){
        //cout << "left:" << left << " " << "right:" << right << endl;
    }
}

int main(){
    vector<int> arr; 
    freopen("in.txt", "r", stdin); // 重定向到輸入 
    int i = 0; 
    int tmp; 
    while (cin >> tmp)
    {   
        arr.push_back(tmp);
        i++;
    }
    int num =  i;
    cout << "輸入數據:" << endl;
    printarray(arr);
    cout << endl;
    if (DEBUG){
        cout << "排序過程:" << endl;
    }

    // 希爾排序算法調用;其他代碼為調試輸出代碼;
    shellsort(arr);

    if (DEBUG){
        cout << endl;
    }
    cout << "排序結果:" << endl;
    printarray(arr);
    return 0;
}
希爾排序模板
bash-3.2$ c++ 希爾排序.cc; ./a.out
輸入數據:
7 6 5 3 4 2 1 

排序過程:
gap: 3
3
3 6 5 7 4 2 1 
1
1 6 5 3 4 2 7 
4
1 4 5 3 6 2 7 
2
1 4 2 3 6 5 7 
gap: 1
4
1 4 2 3 6 5 7 
2
1 2 4 3 6 5 7 
3
1 2 3 4 6 5 7 
6
1 2 3 4 6 5 7 
5
1 2 3 4 5 6 7 
7
1 2 3 4 5 6 7 

排序結果:
1 2 3 4 5 6 7 
希爾排序輸出樣例
排序種類:插入排序;
時間復雜度:
最壞時間復雜度:n2
平均時間復雜度:nlogn
空間復雜度為:1,每次插入排序的時候,需要一個輔助的空間;
穩定性:因為 gap 數據交換的時候,會交換相同元素的順序,所以該算法不是穩定排序算法;
與直接插入排序對比:
直接插入排序也適用於鏈式存儲結構,希爾排序對鏈式存儲結構不友好;
希爾排序的比較次數和移動次數都要比直接插入排序少,當N越大時,效果越明顯;

簡單選擇排序:每次從待排序隊列中,找到最小的關鍵字記錄,順序放在已經排序記錄的末尾,從左到右掃描;直到第一層循環掃描結束;思想比較簡單;

#define DEBUG 1
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <vector>
using namespace std;
void printarray(vector<int> &arr);

//直接插入排序
void selectsort(vector<int> &arr){
    int size = arr.size();
    for (int i = 0; i < size-1; i++){ // 此處size-1是為了j = i+1到達末尾時,不會越界;
        int min = arr[i];
        int index = i;
        for (int j = i+1; j < size; j++){
            if(arr[j] < min){
                min = arr[j];
                index =  j;
            }
        }
        arr[index] = arr[i];
        arr[i] = min;
        printarray(arr);
    }
}

// 打印函數;
void printarray(vector<int> &arr){
    for(int i = 0; i < arr.size(); i++){
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl;
    if(DEBUG){
        //cout << "left:" << left << " " << "right:" << right << endl;
    }
}

int main(){
    vector<int> arr; 
    freopen("in.txt", "r", stdin); // 重定向到輸入 
    int i = 0; 
    int tmp; 
    while (cin >> tmp)
    {   
        arr.push_back(tmp);
        // cout << inarray[i] << endl;
        i++;
    }
    int num =  i;
    cout << "輸入數據:" << endl;
    printarray(arr);
    cout << endl;
    if (DEBUG){
        cout << "排序過程:" << endl;
    }

    // 插入排序算法調用;其他代碼為調試輸出代碼;
    selectsort(arr);

    if (DEBUG){
        cout << endl;
    }
    cout << "排序結果:" << endl;
    printarray(arr);
    return 0;
}
簡單選擇排序模板
bash-3.2$ c++ 簡單選擇排序.cc; ./a.out
輸入數據:
7 6 5 3 4 2 1 

排序過程:
1 6 5 3 4 2 7 
1 2 5 3 4 6 7 
1 2 3 5 4 6 7 
1 2 3 4 5 6 7 
1 2 3 4 5 6 7 
1 2 3 4 5 6 7 

排序結果:
1 2 3 4 5 6 7 
簡單選擇排序輸出樣例
排序類型:選擇排序;
時間復雜度:n2; 選擇排序比較次數和序列的初始排序無關;假設待排序的序列有N個元素,次數總為n(n-1)/2次;排序過程中隨着序列情況不同,順序情況也不同;
空間復雜度:簡單選擇排序,需要占用1個臨時空間,用於保存最小值索引;交換時也需要一個臨時空間;所以需要兩個臨時空間;
穩定性:穩定性與否與實現方式有關;可認為是不穩定的;

堆排序堆排序使用順序存儲的完全二叉樹建造堆結構;分為小頂堆(每個節點的關鍵字都不大於其孩子節點的關鍵字)和大頂堆(每個節點的關鍵字都不小於其孩子節點的關鍵字);使用大頂堆來進行順序排序;排序分為三個流程:建造堆(最后一個非葉子節點開始n/2),交換堆頂與最后一個元素並輸出堆頂重新堆化(heapify);直到交換tree[0]和tree[1]為止;針對於數組中的每個節點tree[i]來說,其父節點為tree[(i-1)/2], 其左孩子節點為tree[2i+1],其右孩子節點為tree[2i+2]; 

堆(heap): 堆是計算機科學中一類特殊的數據結構的統稱;堆可通常是一個可以看做一顆完全二叉樹的數組對象;

#define DEBUG 1
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <vector>
using namespace std;
void printarray(vector<int> &arr);

// 交換數組中 i j 兩個數字的位置;
void swapij(vector<int> &arr, int i, int j){
    int tmp =  arr[i];
    arr[i] = arr[j];
    arr[j] = tmp;
}

void heapify(vector<int> &arr, int n, int index){
    int max = index;
    int c1 = 2*index+1;
    int c2 = 2*index+2;
    if(c1 < n && arr[c1] > arr[max]){ // c1 >= arr.size(),該節點沒有左孩子;
        max = c1;
    }
    if(c2 < n && arr[c2] > arr[max]){ // c2 >= arr.size(),該節點沒有右孩子;
        max = c2;
    }
    if(max != index){ // 遞歸出口,改節點最大值不是index本身;
        swapij(arr, index, max);
        heapify(arr, n, max);
    }
}

void build_heap(vector<int> &arr){
    // 從最后一個非葉子節點開始;
    int n = arr.size();
    for(int i = n/2; i>=0; i--){
        heapify(arr, n, i);
        if (DEBUG){
            printarray(arr);
        }
    }
}

// 使用堆排序進行堆化;
void heapsort(vector<int> &arr){
    if(DEBUG){
        cout << "創建堆:" << endl;
    }
    build_heap(arr); // 第一步創建堆
    // 交換輸出堆頂,重新堆化
    if(DEBUG){
        cout << "交換輸出堆頂,重新堆化:" << endl;
    }
    int n = arr.size();
    for(int i = n-1; i>0; i--){
        swapij(arr, 0, i); // 交換堆尾和堆頂元素;
        heapify(arr, i, 0); // 重新對堆頂進行堆化;
        if (DEBUG){
            printarray(arr);
        }
    }
}

// 打印函數;
void printarray(vector<int> &arr){
    for(int i = 0; i < arr.size(); i++){
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl;
}

int main(){
    vector<int> arr; 
    freopen("in.txt", "r", stdin); // 重定向到輸入 
    int i = 0; 
    int tmp; 
    while (cin >> tmp)
    {   
        arr.push_back(tmp);
        // cout << inarray[i] << endl;
        i++;
    }
    int num =  i;
    cout << "輸入數據:" << endl;
    printarray(arr);
    cout << endl;
    if (DEBUG){
        cout << "排序過程:" << endl;
    }

    // 堆排序;
    heapsort(arr);

    if (DEBUG){
        cout << endl;
    }
    cout << "排序結果:" << endl;
    printarray(arr);
    return 0;
}
堆排序模板
bash-3.2$ c++ 堆排序.cc; ./a.out
輸入數據:
1 5 4 3 10 

排序過程:
創建堆:
1 5 4 3 10 
1 10 4 3 5 
10 5 4 3 1 
交換輸出堆頂,重新堆化:
5 3 4 1 10 
4 3 1 5 10 
3 1 4 5 10 
1 3 4 5 10 

排序結果:
1 3 4 5 10 
堆排序輸出樣例
排序類別:選擇排序
時間復雜度:建立堆的時間為O(n)時間;每次調整堆的時間為logn的時間,總共調整n次;所以,時間復雜度為O(nlogn); log認為是以2為底;
空間復雜度:在交換過程中,需要1個輔助數組;為O(1)
算法穩定性:堆排序算法是不穩定的算法,因為在堆調整過程中,關鍵字比較和交換時節點到葉子節點的一條路徑;因此就可能排在后面的節點交換到前面來;例如 12123,進行排序;你自己可以在圖紙上演繹一下。

歸並排序:歸並排序 采用分治的思想,將排序問題,分為一些小的問題;然后進行遞歸求解;最后進行合並;求得最后的解;

分階段就是把數組細分,治階段就是把兩個有序的數組合並成一個有序的數組;

#define DEBUG 1
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <vector>
using namespace std;
void printarray(vector<int> &arr);

void printij(vector<int> &arr, int i, int j){
    for (;i <= j; i++){
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl;
}

void merge(vector<int> &arr, int start, int mid, int end){
    if(DEBUG){
        cout << "合並前:" << endl;
        printij(arr, start, mid);
        printij(arr, mid+1, end);
    }
    // 歸並階段
    vector<int> tmp; // 創建一個數據,用於保存歸並排序的中間變量;
    int i = start;
    int s = start;
    int j = mid+1;
    while (i<= mid && j <=end)
    {
        if(arr[i]>=arr[j]){
            tmp.push_back(arr[j]);
            j++;
        }else{
            tmp.push_back(arr[i]);
            i++;
        }
    }
    if (i>mid){
        while (j<=end)
        {
            tmp.push_back(arr[j]);
            j++;
        }
    }
    if (j > end){
        while (i<=mid)
        {
            tmp.push_back(arr[i]);
            i++;
        }
    }
    for (int k = 0; k < tmp.size(); k++)
    {
        arr[start] = tmp[k]; // 注意此處的數組起點為 start;
        start++;
    }
    if (DEBUG)
    {
        cout << "合並后:" << endl;
        printij(arr, s, end);
        cout << endl;
    }
}

void mergesort(vector<int> &arr, int start, int end){
    if (DEBUG)
    {
        cout << "分解階段: " << start << " " << end << endl;
    }
    if (start == end) return; // 遞歸出口
    int mid =  (end+start)/2;
    mergesort(arr, start, mid);
    mergesort(arr, mid+1, end);
    // 不同於快速排序,歸並排序更強調於merge
    // merge 
    if (DEBUG)
    {
        cout << "合並階段: " << start << " " << mid << " " << end << endl;
    }
    merge(arr, start, mid, end);
}

// 打印函數;
void printarray(vector<int> &arr){
    for(int i = 0; i < arr.size(); i++){
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl;
}

int main(){
    vector<int> arr; 
    freopen("in.txt", "r", stdin); // 重定向到輸入 
    int i = 0; 
    int tmp; 
    while (cin >> tmp)
    {   
        arr.push_back(tmp);
        // cout << inarray[i] << endl;
        i++;
    }
    int num =  i;
    cout << "輸入數據:" << endl;
    printarray(arr);
    cout << endl;
    if (DEBUG){
        cout << "排序過程:" << endl;
    }

    // 歸並排序
    mergesort(arr, 0, arr.size()-1);

    if (DEBUG){
        cout << endl;
    }
    cout << "排序結果:" << endl;
    printarray(arr);
    return 0;
}
歸並排序代碼模板
bash-3.2$ c++ 歸並排序.cc; ./a.out
輸入數據:
1 5 10 3 4 

排序過程:
分解階段: 0 4
分解階段: 0 2
分解階段: 0 1
分解階段: 0 0
分解階段: 1 1
合並階段: 0 0 1
合並前:
1 
5 
合並后:
1 5 

分解階段: 2 2
合並階段: 0 1 2
合並前:
1 5 
10 
合並后:
1 5 10 

分解階段: 3 4
分解階段: 3 3
分解階段: 4 4
合並階段: 3 3 4
合並前:
3 
4 
合並后:
3 4 

合並階段: 0 2 4
合並前:
1 5 10 
3 4 
合並后:
1 3 4 5 10 


排序結果:
1 3 4 5 10 
歸並排序輸出樣例
排序種類:歸並排序;
時間復雜度:歸並排序就是一個二叉樹;遍歷的深度為logn;每層的合並數為n;總體時間為nlogn;
空間復雜度:合並過程中需要,大小為n的臨時空間存儲中間變量;復雜度為n;
算法穩定性:合並過程中相等元素的順序不會改變;為穩定算法;
與其他算法比較:空間復雜度角度,首先選擇堆排序,其次快速排序,最后是歸並排序;時間復穩定角度來看,應該選擇歸並排序,因為堆排序和快速排序是不穩定的排序;
平均排序速度情況下考慮:應該選擇快速排序;

基數排序:基數排序,也稱為桶排序和箱排序,比較適合有限范圍的關鍵字進行排序;由整數舉例,其原理是將整數按位數切割成不同的數字,然后按每位分別進行比較;先由個位開始然后分配到10個桶中,然后依次收集;再按照十位進行排序,然后百位,直至最高位;

#define DEBUG 1
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <vector>
using namespace std;
void printarray(vector<int> &arr);

// 針對於整數的桶排序
void bucketsort(vector<int> &arr, int base){
    int n = arr.size(); // 確定待排序數字的總數;
    //建立10個桶
    vector<int> bucket[10];
    for(int i = 0; i < n; i++){
        bucket[(arr[i]/base)%10].push_back(arr[i]);
    }
    if(bucket[0].size()==n){
        return; //遞歸出口
    }
    int index = 0;
    for(int i = 0; i < 10; i++){
        for (int j = 0; j < bucket[i].size(); j++)
        {
            arr[index] = bucket[i][j];
            index++;
        }
    }
    if(DEBUG){
        printarray(arr);
    }
    bucketsort(arr, base*10);
}

// 打印函數;
void printarray(vector<int> &arr){
    for(int i = 0; i < arr.size(); i++){
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl;
}

int main(){
    vector<int> arr; 
    freopen("in.txt", "r", stdin); // 重定向到輸入 
    int i = 0; 
    int tmp; 
    while (cin >> tmp)
    {   
        arr.push_back(tmp);
        // cout << inarray[i] << endl;
        i++;
    }
    int num =  i;
    cout << "輸入數據:" << endl;
    printarray(arr);
    cout << endl;
    if (DEBUG){
        cout << "排序過程:" << endl;
    }

    // 基數排序
    bucketsort(arr, 1); // 桶排序算法;

    if (DEBUG){
        cout << endl;
    }
    cout << "排序結果:" << endl;
    printarray(arr);
    return 0;
}
基數排序代碼實現
bash-3.2$ c++ 基數排序.cc; ./a.out
輸入數據:
614 738 921 485 637 101 215 530 790 306 

排序過程:
530 790 921 101 614 485 215 306 637 738 
101 306 614 215 921 530 637 738 485 790 
101 215 306 485 530 614 637 738 790 921 

排序結果:
101 215 306 485 530 614 637 738 790 921 
基數排序輸出樣例
排序類別:基數排序;
時間復雜度:O(k*(n+m)); k為關鍵字種類;n為關鍵字的個數;m為每種關鍵字(桶的個數)的取值范圍;
空間復雜度:O(n) 需要m個桶的空間來存儲值;但是桶的總容量為n;如果使用鏈表來實現的話,桶空間可以進行復用;
算法穩定性:每次都是從左到右,按照關鍵詞,裝入對應桶中,在裝入的過程中沒有交換元素位置,所以基數排序算法是穩定的;

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本文章所有排序代碼實現位於:https://github.com/yaowenxu/codes/tree/master/排序算法 

注:本題圖整理自參考博客;


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