C语言经常使用排序全解

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相关知识介绍（全部定义只为帮助读者理解相关概念，并不是严格定义）：
一、稳定排序和非稳定排序
 
 简单地说就是全部相等的数通过某种排序方法后，仍能保持它们在排序以前的相对次序，咱们就
说这种排序方法是稳定的。反之，就是非稳定的。
 好比：一组数排序前是a1,a2,a3,a4,a5，其中a2=a4，通过某种排序后为a1,a2,a4,a3,a5，
则咱们说这种排序是稳定的，由于a2排序前在a4的前面，排序后它仍是在a4的前面。假如变成a1,a4,
a2,a3,a5就不是稳定的了。

二、内排序和外排序

 在排序过程当中，全部须要排序的数都在内存，并在内存中调整它们的存储顺序，称为内排序；
 在排序过程当中，只有部分数被调入内存，并借助内存调整数在外存中的存放顺序排序方法称为外排序。

三、算法的时间复杂度和空间复杂度

 所谓算法的时间复杂度，是指执行算法所须要的计算工做量。
 一个算法的空间复杂度，通常是指执行这个算法所须要的内存空间。
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*/

 

/*
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 功能：选择排序
 输入：数组名称（也就是数组首地址）、数组中元素个数
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*/
/*
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算法思想简单描述：

 在要排序的一组数中，选出最小的一个数与第一个位置的数交换；
 而后在剩下的数当中再找最小的与第二个位置的数交换，如此循环
 到倒数第二个数和最后一个数比较为止。 

 选择排序是不稳定的。算法复杂度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++) /*要选择的次数：0~n-2共n-1次*/
 {
  min = i; /*假设当前下标为i的数最小，比较后再调整*/
  for (j=i+1; j<n; j++)/*循环找出最小的数的下标是哪一个*/
  {
   if (*(x+j) < *(x+min))
   {   
    min = j; /*若是后面的数比前面的小，则记下它的下标*/
   }
  }  
  
  if (min != i) /*若是min在循环中改变了，就须要交换数据*/
  {
   t = *(x+i);
   *(x+i) = *(x+min);
   *(x+min) = t;
  }
 }
}

/*
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 功能：直接插入排序
 输入：数组名称（也就是数组首地址）、数组中元素个数
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*/
/*
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算法思想简单描述：

 在要排序的一组数中，假设前面(n-1) [n>=2] 个数已是排
 好顺序的，如今要把第n个数插到前面的有序数中，使得这n个数
 也是排好顺序的。如此反复循环，直到所有排好顺序。
 
 直接插入排序是稳定的。算法时间复杂度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++) /*要选择的次数：1~n-1共n-1次*/
 {
  /*
   暂存下标为i的数。注意：下标从1开始，缘由就是开始时
   第一个数即下标为0的数，前面没有任何数，单单一个，认为
   它是排好顺序的。
  */
  t=*(x+i);
  for (j=i-1; j>=0 && t<*(x+j); j--) /*注意：j=i-1，j--，这里就是下标为i的数，在它前面有序列中找插入位置。*/
  {
   *(x+j+1) = *(x+j); /*若是知足条件就日后挪。最坏的状况就是t比下标为0的数都小，它要放在最前面，j==-1，退出循环*/
  }

  *(x+j+1) = t; /*找到下标为i的数的放置位置*/
 }
}

/*
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 功能：冒泡排序
 输入：数组名称（也就是数组首地址）、数组中元素个数
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*/
/*
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算法思想简单描述：

 在要排序的一组数中，对当前还未排好序的范围内的所有数，自上
 而下对相邻的两个数依次进行比较和调整，让较大的数往下沉，较
 小的往上冒。即：每当两相邻的数比较后发现它们的排序与排序要
 求相反时，就将它们互换。
 
 下面是一种改进的冒泡算法，它记录了每一遍扫描后最后下沉数的
 位置k，这样能够减小外层循环扫描的次数。

 冒泡排序是稳定的。算法时间复杂度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) /*循环到没有比较范围*/
 {
  for (j=0, k=0; j<h; j++) /*每次预置k=0，循环扫描后更新k*/
  {
   if (*(x+j) > *(x+j+1)) /*大的放在后面，小的放到前面*/
   {
    t = *(x+j);
    *(x+j) = *(x+j+1);
    *(x+j+1) = t; /*完成交换*/
    k = j; /*保存最后下沉的位置。这样k后面的都是排序排好了的。*/
   }
  }
 }
}

 

/*
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 功能：希尔排序
 输入：数组名称（也就是数组首地址）、数组中元素个数
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*/
/*
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算法思想简单描述：
 
 在直接插入排序算法中，每次插入一个数，使有序序列只增长1个节点，
 而且对插入下一个数没有提供任何帮助。若是比较相隔较远距离（称为
 增量）的数，使得数移动时能跨过多个元素，则进行一次比较就可能消除
 多个元素交换。D.L.shell于1959年在以他名字命名的排序算法中实现
 了这一思想。算法先将要排序的一组数按某个增量d分红若干组，每组中
 记录的下标相差d.对每组中所有元素进行排序，而后再用一个较小的增量
 对它进行，在每组中再进行排序。当增量减到1时，整个要排序的数被分红
 一组，排序完成。
 
 下面的函数是一个希尔排序算法的一个实现，初次取序列的一半为增量，
 之后每次减半，直到增量为1。

 希尔排序是不稳定的。
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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++) /*这个实际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
 输入：数组名称（也就是数组首地址）、数组中起止元素的下标
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*/
/*
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算法思想简单描述：

 快速排序是对冒泡排序的一种本质改进。它的基本思想是经过一趟
 扫描后，使得排序序列的长度能大幅度地减小。在冒泡排序中，一次
 扫描只能确保最大数值的数移到正确位置，而待排序序列的长度可能只
 减小1。快速排序经过一趟扫描，就能确保某个数（以它为基准点吧）
 的左边各数都比它小，右边各数都比它大。而后又用一样的方法处理
 它左右两边的数，直到基准点的左右只有一个元素为止。它是由
 C.A.R.Hoare于1962年提出的。
 
 显然快速排序能够用递归实现，固然也能够用栈化解递归实现。下面的
 函数是用递归实现的，有兴趣的朋友能够改为非递归的。

 快速排序是不稳定的。最理想状况算法时间复杂度O(nlog2n)，最坏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标，保证小的放在左边，大的放在右边。这里如下标为low的元素为基准点*/
 {
  i = low;
  j = high;
  t = *(x+low); /*暂存基准点的数*/

  while (i<j) /*循环扫描*/
  {
   while (i<j && *(x+j)>t) /*在右边的只要比基准点大仍放在右边*/
   {
    j--; /*前移一个位置*/
   }

   if (i<j) 
   {
    *(x+i) = *(x+j); /*上面的循环退出：即出现比基准点小的数，替换基准点的数*/
    i++; /*后移一个位置，并以此为基准点*/
   }

   while (i<j && *(x+i)<=t) /*在左边的只要小于等于基准点仍放在左边*/
   {
    i++; /*后移一个位置*/
   }

   if (i<j)
   {
    *(x+j) = *(x+i); /*上面的循环退出：即出现比基准点大的数，放到右边*/
    j--; /*前移一个位置*/
   }
  }

  *(x+i) = t; /*一遍扫描完后，放到适当位置*/
  quick_sort(x,low,i-1);  /*对基准点左边的数再执行快速排序*/
  quick_sort(x,i+1,high);  /*对基准点右边的数再执行快速排序*/
 }
}

/*
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 功能：堆排序
 输入：数组名称（也就是数组首地址）、数组中元素个数
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*/
/*
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算法思想简单描述：

 堆排序是一种树形选择排序，是对直接选择排序的有效改进。
 堆的定义以下：具备n个元素的序列（h1,h2,...,hn),当且仅当
 知足（hi>=h2i,hi>=2i+1）或（hi<=h2i,hi<=2i+1）(i=1,2,...,n/2)
 时称之为堆。在这里只讨论知足前者条件的堆。

 由堆的定义能够看出，堆顶元素（即第一个元素）必为最大项。彻底二叉树能够
 很直观地表示堆的结构。堆顶为根，其它为左子树、右子树。
 初始时把要排序的数的序列看做是一棵顺序存储的二叉树，调整它们的存储顺序，
 使之成为一个堆，这时堆的根节点的数最大。而后将根节点与堆的最后一个节点
 交换。而后对前面(n-1)个数从新调整使之成为堆。依此类推，直到只有两个节点
 的堆，并对它们做交换，最后获得有n个节点的有序序列。

 从算法描述来看，堆排序须要两个过程，一是创建堆，二是堆顶与堆的最后一个元素
 交换位置。因此堆排序有两个函数组成。一是建堆的***函数，二是反复调用***函数
 实现排序的函数。

 堆排序是不稳定的。算法时间复杂度O(nlog2n)。

*/
/*
 功能：***建堆
 输入：数组名称（也就是数组首地址）、参与建堆元素的个数、从第几个元素开始
*/
void sift(int *x, int n, int s)
{
 int t, k, j;

 t = *(x+s); /*暂存开始元素*/
 k = s;  /*开始元素下标*/
 j = 2*k + 1; /*右子树元素下标*/

 while (j<n)
 {
  if (j<n-1 && *(x+j) < *(x+j+1))/*判断是否知足堆的条件：知足就继续下一轮比较，不然调整。*/
  {
   j++;
  }

  if (t<*(x+j)) /*调整*/
  {
   *(x+k) = *(x+j);
   k = j; /*调整后，开始元素也随之调整*/
   j = 2*k + 1;
  }
  else /*没有须要调整了，已是个堆了，退出循环。*/
  {
   break;
  }
 }
 
 *(x+k) = t; /*开始元素放到它正确位置*/
}

/*
 功能：堆排序
 输入：数组名称（也就是数组首地址）、数组中元素个数
*/
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); /*堆顶放到最后*/
  *(x+0) = *(x+k);
  *(x+k) = t;
  sift(x,k,0); /*剩下的数再建堆*/ 
 }
}

void main()
{ 
 #define MAX 4
 int *p, i, a[MAX];
 
 /*录入测试数据*/
 p = a;
 printf("Input %d number for sorting :\n",MAX);
 for (i=0; i<MAX; i++)
 {
  scanf("%d",p++);
 }
 printf("\n");

 /*测试选择排序*/

 p = a;
 select_sort(p,MAX);
 /**/

 /*测试直接插入排序*/

 /*
 p = a;
 insert_sort(p,MAX);
 */

 /*测试冒泡排序*/

 /*
 p = a;
 insert_sort(p,MAX);
 */

 /*测试快速排序*/

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

 /*测试堆排序*/

 /*
 p = a;
 heap_sort(p,MAX);
 */

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