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排序——插入排序、希尔排序、选择排序-创新互联

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一.插入排序

1.实现

2.时间复杂度

二.希尔排序

2.预排序

(1).单次预排序的实现

(2).相对有序

2.代码

三.选择排序

1.实现

2.优化


一.插入排序 1.实现

正如其名,是将第n+1个数据插入到前面的n的升序(降序)数据中,形成一个n+1大小的升序(降序)序列。

由于前面的n个数据为升序,那么我们只需要将第n+1个数据依次与前n个进行比较,当比他小时便可以停止比较进行插入,无须继续与前面的数据比较。

void Swap(int* m, int* n)
{
	int mid = *m;
	*m = *n;
	*n = mid;
}
for (int j = n; j >0; j--)
{
	if (a[j]< a[j - 1])
		Swap(&a[j], &a[j - 1]);
	else
		break;
}

那么,若是想要完成一段无序数组的排序,我们只需要从第二个元素开始进行插入即可(第一个元素本身就是有序的)。

void InsertSort(int* a, int n)
{
	for (int i = 0; i< n-1; i++)
	{
		for (int j = i; j >0; j--)
		{
			if (a[j + 1]< a[j])
				Swap(&a[j], &a[j + 1]);
			else
				break;
		}
	}
}

2.时间复杂度

当每一次排序都需要末尾元素与前面每一个元素进行比较时,时间复杂度大,精确为2+3+4+5+...+n,所以最差时间复杂度为O(N^2)。

但当这个数组本身就为有序,那么这时时间复杂度最佳为O(N)(因为即使有序,我们也要遍历一遍来比较一次)。

同时,我们也可以得知,当数组接近有序时,时间复杂度会降低。



二.希尔排序

希尔排序,便是由希尔这个人提出来的,其实是插入排序的一种优化。

在上面,我们得知,当数组接近有序时,时间复杂度会降低。而这种排序,是在进行插入排序之前,通过预排序将数组变得接近有序。


2.预排序

那么什么是预排序呢?

预排序是将间隔为gap的元素分为gap组,分别进行插入排序,从而使整个数组变得相对有序。

(1).单次预排序的实现

例如我们令gap=3

这样,我们便将这组数据分为了三组

其中每一组的排序和插入排序类似

for (int i = 0; i< n - gap; i += gap)
{
	for (int j = i; j >= 0; j -= gap)
	{
		if (a[j + gap]< a[j])
			Swap(&a[j], &a[j + gap]);
		else
			break;
	}
}

之后我们队每一组数据来进行排序

第一组

第二组

第三组

for(int k = 0; k< gap; k++)
{
    for (int i = k; i< n-gap; i+=gap)
    {
	    for (int j = i; j >= 0; j-=gap)
	    {
	    	if (a[j + gap]< a[j])
		    	Swap(&a[j], &a[j + gap]);
		    else
			    break;
    	}
    }   
}

当然,我们没有必要真的在代码中将其分为三部分来排序,我们只需要将每一个数据与前面间隔gap的一些数据比较即可

for (int i = 0; i< n - gap; i++)
{
    for (int j = i; j >= 0; j-=gap)
	{
	    if (a[j + gap]< a[j])
			Swap(&a[j], &a[j + gap]);
		else
		    break;
    }
}

如此,我们便能实现一次预排序。

(2).相对有序

在预排序过后,整个数组会变得相对有序

那么gap为多少时更加有序呢?

这个很容易得知,gap越大,更加相对无序,而gap越小,就更加相对有序,当gap为1时,便直接成为插入排序

因此,我们可以进行多次预排序(gap由大到小),最后进行插入排序(gap=1)

而这个gap的值,我们可以定为 n / 2,而为了进行多次预排序,我们可以每次使 gap/=2(gap/=3+1),这样也会使得最终gap为1,从而进行插入排序。


2.代码
void ShellSort(int* a, int n)
{
	int gap = n;
	while (gap >1)
	{
		gap /= 2;
		for (int i = 0; i< n - gap; i++)
        {
            for (int j = i; j >= 0; j-=gap)
	        {
        	    if (a[j + gap]< a[j])
        			Swap(&a[j], &a[j + gap]);
        		else
        		    break;
            }
        }   
	}
}


三.选择排序 1.实现

选择排序,顾名思义,是选择出最小(大)的数字,并将其放置在最前面(最后面)。不断进行这一操作,便能完成排序。

void SelectSort(int* a, int n)
{
	int min = 0;
	for (int i = 0; i< n - 1; i++)
	{
		min = i;
		for (int j = i+1; j< n; j++)
		{
			if (a[j]< a[min])
				min = j;
		}
		Swap(&a[i], &a[min]);
	}
}

这样,我们便可以实现升序

2.优化

当然,我们也可以进行一些简单的优化,我们在前面是使用将最小值交换至左侧,当然,也可以是将大值交换到右侧,而我们为了减少遍历次数,也可以选择这两种方式同时进行。

void TwoWaySelectSort(int* a, int n)
{
	int min = 0;
	int max = 0;
	for (int i = 0; i<= n / 2; i++)
	{
		min = i;
		max = i;
		for (int j = i + 1; j< n - i; j++)
		{
			if (a[j]< a[min])
				min = j;
			if (a[j] >a[max])
				max = j;
		}
		Swap(&a[i], &a[min]);
		Swap(&a[n-i-1], &a[max]);
	}
}

但当我们直接以这种方式实操起来时(我们选择先交换最小值,再交换大值),会出现一些小小的问题。

例如上面的序列中,我们可以发现,max与left在同一个位置,这样会导致left位置的值被交换两次。在第一次交换后,left位置的值已经不是大值了,但还是会被当做大值与right位置的值交换。因此,为了避免类似问题的出现,我们可以在max位置的值被交换走后改变max的位置

void TwoWaySelectSort(int* a, int n)
{
	int min = 0;
	int max = 0;
	for (int i = 0; i<= n / 2; i++)
	{
		min = i;
		max = i;
		for (int j = i + 1; j< n - i; j++)
		{
			if (a[j]< a[min])
				min = j;
			if (a[j] >a[max])
				max = j;
		}
		Swap(&a[i], &a[min]);
        //改变max位置
		if (max == i)
			max = min;
		Swap(&a[n-i-1], &a[max]);
	}
}

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