C語言數據結構經典10大排序算法刨析
1、冒泡排序
// 冒泡排序
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
// 采用兩層循環實現的方法。
// 參數arr是待排序數組的首地址，len是數組元素的個數。
void bubblesort1(int *arr,unsigned int len)
{
if (len<2) return; // 數組小於2個元素不需要排序。
int ii; // 排序的趟數的計數器。
int jj; // 每趟排序的元素位置計數器。
int itmp; // 比較兩個元素大小時交換位置用到的臨時變量。
// 44,3,38,5,47,15,36,26,27,2,46,4,19,50,48
for (ii=len-1;ii>0;ii--) // 一共進行len-1趟比較。
{
for (jj=0;jj<ii;jj++) // 每趟隻需要比較0......ii之間的元素，ii之後的元素是已經排序好的。
{
if (arr[jj]>arr[jj+1]) // 如果前面的元素大於後面的元素，則交換它位的位置。
{
itmp=arr[jj+1];
arr[jj+1]=arr[jj];
arr[jj]=itmp;
}
}
}
}
// 采用遞歸實現的方法。
// 參數arr是待排序數組的首地址，len是數組元素的個數。
void bubblesort2(int *arr,unsigned int len)
{
if (len<2) return; // 數組小於2個元素不需要排序。
int ii; // 排序的元素位置計數器。
int itmp; // 比較兩個元素大小時交換位置用到的臨時變量。
for (ii=0;ii<len-1;ii++) // 每趟隻需要比較0......len-1之間的元素，len-1之後的元素是已經排序好的。
{
if (arr[ii]>arr[ii+1]) // 如果前面的元素大於後面的元素，則交換它位的位置。
{
itmp=arr[ii+1];
arr[ii+1]=arr[ii];
arr[ii]=itmp;
}
}
bubblesort2(arr,--len);
}
int main(int argc,char *argv[])
{
int arr[]={44,3,38,5,47,15,36,26,27,2,46,4,19,50,48};
int len=sizeof(arr)/sizeof(int);
bubblesort1(arr,len);
// 顯示排序結果。
int ii;
for (ii=0;ii<len;ii++) printf("%2d ",arr[ii]);
printf("\n");
// system("pause"); // widnows下的C啟用本行代碼。
return 0;
}
2、選擇排序
// 選擇排序
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
// 交換兩個變量的值。
void swap(int *x,int *y)
{
int itmp=*x;
*x=*y;
*y=itmp;
}
// 采用兩層循環實現的方法。
// 參數arr是待排序數組的首地址，len是數組元素的個數。
void selectsort1(int *arr,unsigned int len)
{
if (len<2) return; // 數組小於2個元素不需要排序。
int ii; // 排序的趟數的計數器。
int jj; // 每趟排序的元素位置計數器。
int iminpos; // 每趟循環選出的最小值的位置（數組的下標）。
// 44,3,38,5,47,15,36,26,27,2,46,4,19,50,48
for (ii=0;ii<len-1;ii++) // 一共進行len-1趟比較。
{
iminpos=ii;
for (jj=ii+1;jj<len;jj++) // 每趟隻需要比較ii+1......len-1之間的元素，ii之前的元素是已經排序好的。
{
// 找出值更小的元素，記下它的位置。
if (arr[jj]<arr[iminpos]) iminpos=jj;
}
// 如果本趟循環的最小的元素不是起始位置的元素，則交換它們的位置。
if (iminpos!=ii) swap(&arr[ii],&arr[iminpos]);
}
}
// 采用遞歸實現的方法。
// 參數arr是待排序數組的首地址，len是數組元素的個數。
void selectsort2(int *arr,unsigned int len)
{
if (len<2) return; // 數組小於2個元素不需要排序。
int ii; // 排序的趟數的計數器。
int iminpos=0; // 每趟循環選出的最小值的位置（數組的下標）。
for (ii=1;ii<len;ii++)
{
// 找出值更小的元素，記下它的位置。
if (arr[ii]<arr[iminpos]) iminpos=ii;
}
// 如果本趟循環的最小的元素不是起始位置的元素，則交換它們的位置。
if (iminpos!=0) swap(&arr[0],&arr[iminpos]);
selectsort2(arr+1,--len);
}
int main(int argc,char *argv[])
{
int arr[]={44,3,38,5,47,15,36,26,27,2,46,4,19,50,48};
//int arr[]={3,4,5,1};
int len=sizeof(arr)/sizeof(int);
// selectsort1(arr,len); // 采用兩層循環排序的方法。
selectsort2(arr,len); // 采用遞歸排序的方法。
// 顯示排序結果。
int ii; for (ii=0;ii<len;ii++) printf("%2d ",arr[ii]);
printf("\n");
// system("pause"); // widnows下的C啟用本行代碼。
return 0;
}
3、插入排序
// 插入排序
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
// 參數arr是待排序數組的首地址，len是數組元素的個數。
void insertsort(int *arr,unsigned int len)
{
if (len<2) return; // 數組小於2個元素不需要排序。
int itmp; // 當前需要排序的元素的值。
int ii; // 需要排序元素的計數器。
int jj; // 插入排序時，需要後移元素的計數器。
for (ii=1;ii<len;ii++)
{
itmp=arr[ii]; // 待排序元素
// 從已排序的最右邊開始，把大於當前排序的元素後移。
// for (jj=ii-1;(jj>=0&&arr[jj]>itmp);jj--)
for (jj=ii-1;jj>=0;jj--)
{
if (arr[jj]<=itmp) break;
arr[jj+1]=arr[jj]; // 逐個元素後移。
}
arr[jj+1]=itmp; // 插入當前排序元素。
}
}
int main(int argc,char *argv[])
{
int arr[]={44,3,38,5,47,15,36,26,27,2,46,4,19,50,48};
int len=sizeof(arr)/sizeof(int);
insertsort(arr,len); // 調用插入排序函數對數組排序。
// 顯示排序結果。
int yy; for (yy=0;yy<len;yy++) printf("%2d ",arr[yy]); printf("\n");
// system("pause"); // widnows下的C啟用本行代碼。
return 0;
}
4、希爾排序
// 希爾排序
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
// 對希爾排序中的單個組進行排序。
// arr-待排序的數組，len-數組總的長度，ipos-分組的起始位置，istep-分組的步長（增量）。
void groupsort(int *arr, int len, int ipos,int istep)
{
int itmp; // 當前需要排序的元素的值。
int ii; // 需要排序元素的計數器。
int jj; // 插入排序時，需要後移元素的計數器。
for (ii=ipos+istep;ii<len;ii=ii+istep)
{
itmp=arr[ii]; // 待排序元素
// 從已排序的最右邊開始，把大於當前排序的元素後移。
// for (jj=ii-istep;(jj>=0&&arr[jj]>itmp);jj=jj-istep)
for (jj=ii-istep;jj>=0;jj=jj-istep)
{
if (arr[jj]<=itmp) break;
arr[jj+istep]=arr[jj]; // 逐個元素後移。
}
arr[jj+istep]=itmp; // 插入當前排序元素。
}
}
// 希爾排序，arr是待排序數組的首地址，len是數組的大小。
void shellsort(int *arr,unsigned int len)
{
int ii,istep;
// istep為步長，每次減為原來的一半取整數，最後一次必定為1。
for (istep=len/2;istep>0;istep=istep/2)
{
// 共istep個組，對每一組都執行插入排序。
for (ii=0;ii<istep;ii++)
{
groupsort(arr,len,ii,istep);
}
}
}
int main(int argc,char *argv[])
{
int arr[]={44,3,38,5,47,15,36,26,27,2,46,4,19,50,48};
int len=sizeof(arr)/sizeof(int);
shellsort(arr,len); // 調用插入排序函數對數組排序。
// 顯示排序結果。
int yy; for (yy=0;yy<len;yy++) printf("%2d ",arr[yy]); printf("\n");
// system("pause"); // widnows下的C啟用本行代碼。
return 0;
}
5、快速排序
// 快速排序
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
void quicksort(int *arr,unsigned int len)
{
if (len<2) return; // 數組的元素小於2個就不用排序瞭。
int itmp=arr[0]; // 選取最左邊的數作為中心軸。
int ileft=0; // 左下標。
int iright=len-1; // 右下標。
int imoving=2; // 當前應該移動的下標，1-左下標；2-右下標。
while (ileft<iright)
{
if (imoving==2) // 移動右下標的情況。
{
// 如果右下標位置元素的值大於等於中心軸，繼續移動右下標。
if (arr[iright]>=itmp) { iright--; continue; }
// 如果右下標位置元素的值小於中心軸，把它填到左下標的坑中。
arr[ileft]=arr[iright];
ileft++; // 左下標向右移動。
imoving=1; // 下次循環將移動左下標。
continue;
}
if (imoving==1) // 移動左下標的情況。
{
// 如果左下標位置元素的值小等於中心軸，繼續移動左下標。
if (arr[ileft]<=itmp) { ileft++; continue; }
// 如果左下標位置元素的值大於中心軸，把它填到右下標的坑中。
arr[iright]=arr[ileft];
iright--; // 右下標向左移動。
imoving=2; // 下次循環將移動右下標。
continue;
}
}
// 如果循環結束，左右下標重合，把中心軸的值填進去。
arr[ileft]=itmp;
quicksort(arr,ileft); // 對中心軸左邊的序列進行排序。
quicksort(arr+ileft+1,len-ileft-1); // 對中心軸右邊的序列進行排序。
}
int main(int argc,char *argv[])
{
int arr[]={44,3,38,5,47,15,36,26,27,2,46,4,19,50,48};
int len=sizeof(arr)/sizeof(int);
quicksort(arr,len); // 調用插入排序函數對數組排序。
// 顯示排序結果。
int yy; for (yy=0;yy<len;yy++) printf("%2d ",arr[yy]); printf("\n");
// system("pause"); // widnows下的C啟用本行代碼。
return 0;
}
6、歸並排序
// 采用遞歸的方法實現歸並排序
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
// 采用遞歸的方法實現歸並排序函數。
// arr-待排序數組的首地址，arrtmp-用於排序的臨時數組的首地址
// start-排序區間第一個元素的位置，end-排序區間最後一個元素的位置。
void _mergesort(int *arr,int *arrtmp,int start,int end)
{
// 如果start>=end，表示該區間的元素少於兩個，遞歸終止。
if (start>=end) return;
int mid=start+(end-start)/2; // 計算排序區間中間的位置。
int istart1=start,iend1=mid; // 區間左邊元素的第一和最後一個元素的位置。
int istart2=mid+1,iend2=end; // 區間右邊元素的第一和最後一個元素的位置。
_mergesort(arr,arrtmp,istart1,iend1); // 對區間左邊元素遞歸排序。
_mergesort(arr,arrtmp,istart2,iend2); // 對區間右邊元素遞歸排序。
int ii=start; // 已排序數組arrtmp的計數器。
// 把區間左右兩邊數列合並到已排序數組arrtmp中。
while (istart1<=iend1 && istart2<=iend2)
arrtmp[ii++]=arr[istart1]<arr[istart2] ? arr[istart1++] : arr[istart2++];
// 把左邊數列其它的元素追加到已排序數組。
while (istart1<=iend1) arrtmp[ii++]=arr[istart1++];
// 把右邊數列其它的元素追加到已排序數組。
while (istart2<=iend2) arrtmp[ii++]=arr[istart2++];
// 把已排序數組arrtmp中的元素復制到arr中。
memcpy(arr+start,arrtmp+start,(end-start+1)*sizeof(int));
}
// 排序主函數，arr為待排序的數組的地址，len為數組的長度。
void mergesort(int *arr,unsigned int len)
{
if (len<2) return; // 小於兩個元素不需要排序。
int arrtmp[len]; // 分配一個與待排序數組相同大小的數組。
_mergesort(arr,arrtmp,0,len-1); // 調用遞歸函數進行排序。
}
int main(int argc,char *argv[])
{
int arr[]={44,3,38,5,47,15,36,26,27,2,46,4,19,50,48};
int len=sizeof(arr)/sizeof(int);
mergesort(arr,len);
// 顯示排序結果。
int yy; for (yy=0;yy<len;yy++) printf("%2d ",arr[yy]); printf("\n");
// system("pause"); // widnows下的C啟用本行代碼。
return 0;
}
// 采用循環的方法實現歸並排序函數
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int min(int x,int y) { return x<y ? x : y; } // 取x和y中的較小者的值。
// 采用循環實現歸並排序，arr-待排序數組的首地址，len--待排序數組的長度。
void mergesort(int *arr,unsigned int len)
{
if (len<2) return; // 小於兩個元素不需要排序。
int *aa=arr; // aa指向待排序的數組。
int *bb=(int *)malloc(len*sizeof(int)); // bb指向已排序的數組。
int iseg; // 區間分段的計數器，1,2,4,8,16,...
int istart; // 區間起始位置的計數器。
// 排序的趟數的循環。
for (iseg=1;iseg<len;iseg=iseg*2)
{
// 每趟排序選取區間的循環。
for (istart=0;istart<len;istart=istart+iseg*2)
{
// 把每個區間分成兩部分，ilow是起始位置，imid是中間位置，imax是結束位置。
int ilow=istart;
int imid=min(istart+iseg,len); // 考慮分段不均的情況，imid不能超出len。
int imax=min(istart+iseg*2,len); // 考慮分段不均的情況，imax也不能超出len。
int ii=ilow; // 已排序數組的計數器。
int istart1=ilow,iend1=imid; // 待排序左邊數列的起始和結束位置。
int istart2=imid,iend2=imax; // 待排序右邊數列的起始和結束位置。
// 把待排序左右兩邊數列合並到已排序數組。
while ((istart1<iend1) && (istart2<iend2))
bb[ii++]=aa[istart1]<aa[istart2] ? aa[istart1++] : aa[istart2++];
// 把左邊數列其它的元素追加到已排序數組。
while (istart1<iend1) bb[ii++]=aa[istart1++];
// 把右邊數列其它的元素追加到已排序數組。
while (istart2<iend2) bb[ii++]=aa[istart2++];
}
// 交換一下兩個數組的指針，準備下一趟的排序。
int *ptmp=aa; aa=bb; bb=ptmp;
}
// 如果aa指向的不是原始數組的指針，把aa中的內容復制到arr中。
if (aa != arr)
{
memcpy(arr,aa,len*sizeof(int));
bb = aa;
}
free(bb);
}
int main(int argc,char *argv[])
{
int arr[]={44,3,38,5,47,15,36,26,27,2,46,4,19,50,48,10};
int len=sizeof(arr)/sizeof(int);
mergesort(arr,len);
// 顯示排序結果。
int yy; for (yy=0;yy<len;yy++) printf("%2d ",arr[yy]); printf("\n");
// system("pause"); // widnows下的C啟用本行代碼。
return 0;
}
7、堆排序
// 堆排序
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 交換兩個元素的值。
void swap(int *a,int *b) { int temp=*b; *b=*a; *a=temp; }
// 采用循環實現heapify（元素下沉）。
// arr-待排序數組的地址，start-待heapify節點的下標，end-待排序數組最後一個元素的下標。
void heapify(int *arr,int start,int end)
{
// 確定父節點和左子節點的數組下標。
int dad=start;
int son=dad*2+1;
// 如果子節點的下標沒有超出范圍，循環繼續。
while (son<=end)
{
// 先比較兩個子節點大小，選擇最大的。
if ((son+1<=end) && (arr[son]<arr[son+1])) son++;
// 如果父節點大於子節點代表調整完畢，直接跳出函數。
if (arr[dad]>arr[son]) return;
// 否則交換父子內容再繼續子節點和孫節點比較。
swap(&arr[dad],&arr[son]);
dad=son;
son=dad*2+1;
}
}
// 采用遞歸實現heapify。
void heapify1(int *arr,int start,int end)
{
// 確定父節點和左子節點的數組下標。
int dad=start;
int son=dad*2+1;
// 如果子節點的下標沒有超出范圍，循環繼續。
if (son>end ) return;
// 先比較兩個子節點大小，選擇最大的。
if ((son+1<=end) && (arr[son]<arr[son+1])) son++;
// 如果父節點大於子節點代表調整完畢，直接跳出函數。
if (arr[dad]>arr[son]) return;
// 否則交換父子內容再繼續子節點和孫節點比較。
swap(&arr[dad],&arr[son]);
heapify(arr,son,end);
}
void heapsort(int *arr, int len)
{
int ii;
// 初始化堆，從最後一個父節點開始調整。
for (ii=(len-1)/2;ii>=0;ii--) heapify(arr,ii,len-1);
// 把第一個元素和堆最後一個元素交換，然後重新調整，直到排序完畢。
for (ii=len-1;ii>0;ii--)
{
swap(&arr[0],&arr[ii]);
heapify(arr,0,ii-1);
}
}
int main()
{
int arr[]={44,3,38,5,47,15,36,26,27,2,46,4,19,50,48};
int len=sizeof(arr)/sizeof(int);
heapsort(arr,len);
// 顯示排序結果。
int yy; for (yy=0;yy<len;yy++) printf("%2d ",arr[yy]); printf("\n");
// system("pause"); // widnows下的C啟用本行代碼。
return 0;
}
8、計數排序
// 計數排序（基礎版）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
// 獲取待排序數組的最大元素的值。
int arrmax(int *arr,unsigned int len)
{
int ii=0;
int imax=0;
for (ii=0;ii<len;ii++) if (imax<arr[ii]) imax=arr[ii];
return imax;
}
// 計數排序主函數，arr-待排序數組的地址，len-數組的長度。
void countsort(int *arr,unsigned int len)
{
if (len<2) return;
int imax=arrmax(arr,len); // 獲取待排序數組的最大元素的值。
int arrtmp[imax+1]; // 臨時數組的大小為imax+1。
memset(arrtmp,0,sizeof(arrtmp)); // 初始化臨時數組。
int ii,jj,kk;
// 臨時數組計數。
for (ii=0;ii<len;ii++) arrtmp[arr[ii]]++;
// 把臨時數組計數的內容填充到arr中。
ii=0;
for (jj=0;jj<imax+1;jj++)
{
for (kk=0;kk<arrtmp[jj];kk++) arr[ii++]=jj;
}
}
int main()
{
int arr[]={2,3,8,7,1,2,2,2,7,3,9,8,2,1,4,2,4,6,9,2};
int len=sizeof(arr)/sizeof(int);
int xx; for (xx=0;xx<len;xx++) printf("%2d ",arr[xx]); printf("\n");
countsort(arr,len);
// 顯示排序結果。
int yy; for (yy=0;yy<len;yy++) printf("%2d ",arr[yy]); printf("\n");
// system("pause"); // widnows下的C啟用本行代碼。
return 0;
}
9、桶排序
// 桶排序
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
// 采用兩層循環實現冒泡排序的方法。
// 參數arr是待排序數組的首地址，len是數組元素的個數。
void bubblesort(int *arr,unsigned int len)
{
if (len<2) return; // 數組小於2個元素不需要排序。
int ii; // 排序的趟數的計數器。
int jj; // 每趟排序的元素位置計數器。
int itmp; // 比較兩個元素大小時交換位置用到的臨時變量。
// 44,3,38,5,47,15,36,26,27,2,46,4,19,50,48
for (ii=len-1;ii>0;ii--) // 一共進行len-1趟比較。
{
for (jj=0;jj<ii;jj++) // 每趟隻需要比較0......ii之間的元素，ii之後的元素是已經排序好的。
{
if (arr[jj]>arr[jj+1]) // 如果前面的元素大於後面的元素，則交換它位的位置。
{
itmp=arr[jj+1];
arr[jj+1]=arr[jj];
arr[jj]=itmp;
}
}
}
}
// 桶排序主函數，參數arr是待排序數組的首地址，len是數組元素的個數。
void bucketsort(int *arr,unsigned int len)
{
int buckets[5][5]; // 分配五個桶。
int bucketssize[5]; // 每個桶中元素個數的計數器。
// 初始化桶和桶計數器。
memset(buckets,0,sizeof(buckets));
memset(bucketssize,0,sizeof(bucketssize));
// 把數組arr的數據放入桶中。
int ii=0;
for (ii=0;ii<len;ii++)
{
buckets[arr[ii]/10][bucketssize[arr[ii]/10]++]=arr[ii];
}
// 對每個桶進行冒泡排序。
for (ii=0;ii<5;ii++)
{
bubblesort(buckets[ii],bucketssize[ii]);
}
// 把每個桶中的數據填充到數組arr中。
int jj=0,kk=0;
for (ii=0;ii<5;ii++)
{
for (jj=0;jj<bucketssize[ii];jj++)
arr[kk++]=buckets[ii][jj];
}
}
int main(int argc,char *argv[])
{
int arr[]={21,3,30,44,15,36,6,10,9,19,25,48,5,23,47};
int len=sizeof(arr)/sizeof(int);
int xx; for (xx=0;xx<len;xx++) printf("%2d ",arr[xx]); printf("\n");
bucketsort(arr,len);
// 顯示排序結果。
int ii; for (ii=0;ii<len;ii++) printf("%2d ",arr[ii]); printf("\n");
// system("pause"); // widnows下的C啟用本行代碼。
return 0;
}
10、基數排序
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
// 獲取數組arr中最大值，arr-待排序的數組，len-數組arr的長度。
int arrmax(int *arr,unsigned int len)
{
int ii,imax;
imax=arr[0];
for (ii=1;ii<len;ii++)
if (arr[ii]>imax) imax=arr[ii];
return imax;
}
// 對數組arr按指數位進行排序。
// arr-待排序的數組，len-數組arr的長度。
// exp-排序指數，exp=1：按個位排序；exp=10：按十位排序；......
void _radixsort(int *arr,unsigned int len,unsigned int exp)
{
int ii;
int result[len]; // 存放從桶中收集後數據的臨時數組。
int buckets[10]={0}; // 初始化10個桶。
// 遍歷arr，將數據出現的次數存儲在buckets中。
for (ii=0;ii<len;ii++)
buckets[(arr[ii]/exp)%10]++;
// 調整buckets各元素的值，調整後的值就是arr中元素在result中的位置。
for (ii=1;ii<10;ii++)
buckets[ii]=buckets[ii]+buckets[ii-1];
// 將arr中的元素填充到result中。
for (ii=len-1;ii>=0;ii--)
{
int iexp=(arr[ii]/exp)%10;
result[buckets[iexp]-1]=arr[ii];
buckets[iexp]--;
}
// 將排序好的數組result復制到數組arr中。
memcpy(arr,result,len*sizeof(int));
}
// 基數排序主函數，arr-待排序的數組，len-數組arr的長度。
void radixsort(int *arr,unsigned int len)
{
int imax=arrmax(arr,len); // 獲取數組arr中的最大值。
int iexp; // 排序指數，iexp=1：按個位排序；iexp=10：按十位排序；......
// 從個位開始，對數組arr按指數位進行排序。
for (iexp=1;imax/iexp>0;iexp=iexp*10)
{
_radixsort(arr,len,iexp);
int yy; printf("exp=%-5d ",iexp); for (yy=0;yy<len;yy++) printf("%2d ",arr[yy]); printf("\n");
}
}
int main(int argc,char *argv[])
{
int arr[]={144,203,738,905,347,215,836,26,527,602,946,504,219,750,848};
int len=sizeof(arr)/sizeof(int);
radixsort(arr,len); // 基數排序。
// 顯示排序結果。
int yy; for (yy=0;yy<len;yy++) printf("%2d ",arr[yy]); printf("\n");
// system("pause"); // widnows下的C啟用本行代碼。
return 0;
}
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