排序 选择排序&&堆排序

Posted 2020-07-14 AIL

选择排序&&堆排序

1.选择排序：  

　　介绍：选择排序（Selection sort）是一种简单直观的排序算法。它的工作原理如下。首先在未排序序列中找到最小（大）元素，存放到排序序列的起始位置，然后，再从剩余未排序元素中继续寻找最小（大）元素，然后放到已排序序列的末尾。以此类推，直到所有元素均排序完毕。

　　步骤：假设数组array长度为N即有数组内有N个数据未排序数据

　　1.第一趟遍历将这N个数据中最小的数据和array[0]交换。

　　2.第二趟则遍历N-1个数据，将这N-1个数据中最小的和array[1]交换(第二趟中的数组是从原数组中的array[1]开始即排除第一趟中最小的数据再进行交换)。

　　...

 

　　程序实现：

方法1：每趟选择最小数据进行交换

 1 void SelectSort(int* _array, size_t _arraySize)
 2 {
 3     assert(_array&&_arraySize);
 4     for (size_t i = 0;i < _arraySize;++i)
 5     {
 6         int MinIndex = i;//记录首位置下标
 7         for (size_t j = i + 1;j < _arraySize;++j)
 8         {
 9             if (_array[MinIndex] > _array[j])//比较首位置之后的各个元素并将最小数据的下标赋给MinIndex
10                 MinIndex = j;
11         }
12         //if (MinIndex != i)//防止首元素即最小时进行交换,减少不必要开销
13             swap(_array[MinIndex], _array[i]);
14     }
15     return;
16 }

方法2：与方法一类似，进行了优化，每趟将最小数据置首，将最大元素置尾

 

 1 void SelectSort_optimize(int* _array, int _arraySize)
 2 {
 3     assert(_array&&_arraySize);
 4 
 5     int left = 0;
 6     int right = _arraySize - 1;
 7     for (;left <= right;++left,--right)//每一趟找到最大值和最小值减少循环次数
 8     {
 9         int MinIndex = left;
10         int MaxIndex = right;
11         for (int index = left;index <= right;++index)//此时数组为闭区间，与未优化时存在差异
12         {
13             if (_array[MinIndex] > _array[index])
14                 MinIndex = index;
15             if (_array[MaxIndex] < _array[index])
16                 MaxIndex = index;
17         }
18         if (left != MinIndex)
19         {
20             swap(_array[left], _array[MinIndex]);
21             if (left == MaxIndex)//避免如果最大值为_array[left]时，将被上一步操作移到_array[MinIndex]后出错
22                 MaxIndex = MinIndex;//将MaxIndex更新
23         }
24         if (right != MaxIndex)
25             swap(_array[right], _array[MaxIndex]);
26     }
27     return;
28 }

 

效率分析：

　　算法稳定性：不稳定

　　时间复杂度：O(n^2)

　　空间复杂度：O(1)

2.堆排序
　　介绍：堆排序(Heapsort)是指利用堆积树（堆）这种数据结构所设计的一种排序算法，它是选择排序的一种。可以利用数组的特点快速定位指定索引的元素。堆分为大堆和小堆，是完全二叉树。升序排序时使用大堆，降序排序时使用小堆。

   步骤：对数组_array进行升序排序,假设数组array长度为N即有数组内有N个数据未排序数据

　　  1：将_array中的N个数据构成大堆后，此时最大值即为_array[0]，然后将_array[0]与_array[N-1]交换。

　　　2：除_array[N-1]外，其余数据继续建立大堆后，此时最大值仍为_array[0],然后将_array[0]与_array[N-2]交换。

　　　...

　　根据下面网址演示可以清楚理解堆排序的过程

http://www.tyut.edu.cn/kecheng1/site01/suanfayanshi/heap_sort.asp

　程序实现：

 

 1 void AdjustDown(int* _arr,size_t ParIndex,int _arrSize)//从父节点开始向下调整
 2 {
 3     size_t ChildIndex = ParIndex * 2 + 1;//找出父节点的左子树下标
 4 
 5     while (ChildIndex < _arrSize)
 6     {
 7         if ((_arr[ChildIndex] < _arr[ChildIndex + 1]) && ((ChildIndex + 1) < _arrSize))//找出父节点的左右子树中的较大值的下标
 8             ChildIndex++;
 9         if (_arr[ParIndex] < _arr[ChildIndex])
10         {
11             swap(_arr[ParIndex], _arr[ChildIndex]);//如果父节点数据小于子节点数据则交换
12             ParIndex = ChildIndex;    //继续调整交换后的子树，保证堆中任意子树均为大堆
13             ChildIndex = ParIndex * 2 + 1;
14         }
15         else//如果_arr[ParIndex] > _arr[ChildIndex]则说明其已经为大堆且子树也为大堆，跳出循环
16             break;
17     }
18 }
19 void HeapSort(int* _array, int _arraySize)
20 {
21     assert(_array&&_arraySize > 0);
22     //建堆
23     for (int i = _arraySize / 2 - 1;i >= 0;--i)//从最后一个非叶子节点开始向下调整直到根节点调整完
24         AdjustDown(_array, i, _arraySize);
25 
26     for (int j = _arraySize - 1;j > 0;--j)
27     {
28         swap(_array[0], _array[j]);
29         AdjustDown(_array, 0,j);
30     }
31     return;
32 }

下面是当数组为{3,12,24,2,6}时的排序过程

 

效率分析：

　　算法稳定性：不稳定

　　时间复杂度：O(n^lg n)

　　空间复杂度：O(1)