C语言排序算法

冒泡排序

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#include <stdio.h>
void bubble_sort(int arr[], int len) {
    int i, j, temp;
    for (i = 0; i < len - 1; i++)//第一重for循环
        for (j = 0; j < len - 1 - i; j++)//第二重for循环，第二重for循环里面次数比第一重少一次
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {//判断当前这个比后面的大就交换，冒泡从小到大，小于就是从大到小
                temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];//交换
                arr[j + 1] = temp;
            }
}
int main() {
    int arr[] = { 22, 34, 3, 32, 82, 55, 89, 50, 37, 5, 64, 35, 9, 70 };
    int len = (int) sizeof(arr) / sizeof(*arr);
    bubble_sort(arr, len);
    int i;
    for (i = 0; i < len; i++)
        printf("%d ", arr[i]);
    return 0;
}

原理：

双重for循环来遍历数组，每一次循环就相邻的数排序一次。循环次数为len的平方除以2。它重复地走访过要排序的数列，一次比较两个元素，如果他们的顺序（如从大到小、首字母从A到Z）错误就把他们交换过来。

选择排序

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#include<stdio.h>
void swap(int *a,int *b);
void selection_sort(int a[], int len) //核心算法，用一个值来选择后面的最小的值，来定位他，然后将他和当前的值进行交换
{
    int i,j,temp;
 
    for (i = 0 ; i < len - 1 ; i++) 
    {
        int min = i;                  // 记录最小值，第一个元素默认最小
        for (j = i + 1; j < len; j++)     // 访问未排序的元素
        {
            if (a[j] < a[min])    // 找到目前最小值
            {
                min = j;    // 记录最小值
            }
        }
        if(min != i)
        {
            swap(&a[min], &a[i]);
        }
        
    }
}
 

void swap(int *a,int *b) // 交换算法
{
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}
int main() {
    int arr[] = { 22, 34, 3, 32, 82, 55, 89, 50, 37, 5, 64, 35, 9, 70 };
    int len = (int) sizeof(arr) / sizeof(*arr);
    selection_sort(arr, len);
    int i;
    for (i = 0; i < len; i++)
        printf("%d ", arr[i]);
    return 0;
}

原理：

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。

选择排序就是在后面未排序的数中找到最大或者最小的值放到起始位置。

插入排序

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#include<stdio.h>
void swap(int *a,int *b);
void insertion_sort(int arr[], int len){
    int i,j,temp;
   for (i=1;i<len;i++){
            temp = arr[i];//将当前的值给temp
            for (j=i;j>0 && arr[j-1]>temp;j--)//在数组前面寻找比他小的数字，如果比他大就往后移，比遇到比他小的就将他前面的空给占上
                    arr[j] = arr[j-1];//遇到比他大的就往后移一位
            arr[j] = temp;//遇到比他小的，就将他前面的值给占上。
    }
}
void swap(int *a,int *b) // 交换算法
{
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}
int main() {//主函数
    int arr[] = { 22, 34, 3, 32, 82, 55, 89, 50, 37, 5, 64, 35, 9, 70 };
    int len = (int) sizeof(arr) / sizeof(*arr);
    insertion_sort(arr, len);
    int i;
    for (i = 0; i < len; i++)
        printf("%d ", arr[i]);
    return 0;
}

原理：

插入排序（英语：Insertion Sort）是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是通过构建有序序列，对于未排序数据，在已排序序列中从后向前扫描，找到相应位置并插入。插入排序在实现上，因而在从后向前扫描过程中，需要反复把已排序元素逐步向后挪位，为最新元素提供插入空间。

其实就是选定一个数，然后在已经排序的数里面找比他小（比他大）的数，然后在他们之间插入，主要是需要将比他大（比他小）的数往后移一位，算法能看懂，但是自己去实现有点困难。

希尔排序

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#include<stdio.h>//希尔排序
void shell_sort(int arr[], int len) {
    int gap, i, j;
    int temp;
    for (gap = len >> 1; gap > 0; gap = gap >> 1)//gap = len/2
        for (i = gap; i < len; i++) {
            temp = arr[i];//插入排序
            for (j = i - gap; j >= 0 && arr[j] > temp; j -= gap)//但是这里用的是每个组内排序，实现方法就是在每个组号加间隔数。
                arr[j + gap] = arr[j];
            arr[j + gap] = temp;
        }
}

int main() {//主函数
    int arr[] = { 22, 34, 3, 32, 82, 55, 89, 50, 37, 5, 64, 35, 9, 70 };
    int len = (int) sizeof(arr) / sizeof(*arr);
    printf("%d\n",sizeof(int));
    shell_sort(arr, len);
    int i;
    for (i = 0; i < len; i++)
        printf("%d ", arr[i]);
    return 0;
}

原理：

希尔排序，也称递减增量排序算法，是插入排序的一种更高效的改进版本。希尔排序是非稳定排序算法。

希尔排序是基于插入排序的以下两点性质而提出改进方法的：

  • 插入排序在对几乎已经排好序的数据操作时，效率高，即可以达到线性排序的效率
  • 但插入排序一般来说是低效的，因为插入排序每次只能将数据移动一位

希尔排序其实就是插入排序的进化版，因为插入排序一次只能移动一位，所以在进行插入排序前，先进行分组排序，来减少运算量。

百度百科里面便有希尔排序的介绍

希尔排序(Shell’s Sort)是插入排序的一种又称“缩小增量排序”（Diminishing Increment Sort），是直接插入排序算法的一种更高效的改进版本。希尔排序是非稳定排序算法。该方法因 D.L.Shell 于 1959 年提出而得名。

希尔排序是把记录按下标的一定增量分组，对每组使用直接插入排序算法排序；随着增量逐渐减少，每组包含的关键词越来越多，当增量减至 1 时，整个文件恰被分成一组，算法便终止。

将数组按照一定的间隔来分组。

image-20220316193430168

比如上图就是按照间隔4来分组，每个组排完序后。再间隔2来分组，再进行排序。

归并算法

这个算法，原理看懂了，但是代码看着还是有点困难，但是我相信肯定有人能看懂，我就从大佬那里copy过来了代码。现在还用不到归并算法，先记录一下，供以后学习用。

迭代法

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int min(int x, int y) {
    return x < y ? x : y;
}
void merge_sort(int arr[], int len) {
    int* a = arr;
    int* b = (int*) malloc(len * sizeof(int));
    int seg, start;
    for (seg = 1; seg < len; seg += seg) {
        for (start = 0; start < len; start += seg + seg) {
            int low = start, mid = min(start + seg, len), high = min(start + seg + seg, len);
            int k = low;
            int start1 = low, end1 = mid;
            int start2 = mid, end2 = high;
            while (start1 < end1 && start2 < end2)
                b[k++] = a[start1] < a[start2] ? a[start1++] : a[start2++];
            while (start1 < end1)
                b[k++] = a[start1++];
            while (start2 < end2)
                b[k++] = a[start2++];
        }
        int* temp = a;
        a = b;
        b = temp;
    }
    if (a != arr) {
        int i;
        for (i = 0; i < len; i++)
            b[i] = a[i];
        b = a;
    }
    free(b);
}

递归法

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void merge_sort_recursive(int arr[], int reg[], int start, int end) {
    if (start >= end)
        return;
    int len = end - start, mid = (len >> 1) + start;
    int start1 = start, end1 = mid;
    int start2 = mid + 1, end2 = end;
    merge_sort_recursive(arr, reg, start1, end1);
    merge_sort_recursive(arr, reg, start2, end2);
    int k = start;
    while (start1 <= end1 && start2 <= end2)
        reg[k++] = arr[start1] < arr[start2] ? arr[start1++] : arr[start2++];
    while (start1 <= end1)
        reg[k++] = arr[start1++];
    while (start2 <= end2)
        reg[k++] = arr[start2++];
    for (k = start; k <= end; k++)
        arr[k] = reg[k];
}
void merge_sort(int arr[], const int len) {
    int reg[len];
    merge_sort_recursive(arr, reg, 0, len - 1);
}

原理：

把数据分为两段，从两段中逐个选最小的元素移入新数据段的末尾。

可从上到下或从下到上进行。

img

上面这个动图很好的解释了归并算法的原理。

对于递归和迭代的区别：

在递归过程中, 问题的规模在缩小，这样最终得到问题的解；而迭代是一种由远变近的逼近，问题的规模不见得缩小了，但是慢慢在调整接近答案。递归求解n的阶乘过程，非常符合这个描述；

显示器中的显示器，镜子中的镜子。我前面写着：摄像头对着显示器，镜子对着镜子是迭代，怎么现在又改成递归了？这不矛盾，因为摄像头对着显示器，镜子对着镜子这种行为是输出做为输入,再次进行处理,所以是迭代。显示器中的显示器，镜子中的镜子这种效果是自己包含自己，所以是递归。如同上面那幅图像，生成它的代码是迭代，而分形的效果是递归。

原文作者：叶飞影
链接：https://www.zhihu.com/question/20278387/answer/123876191

快速排序

记录一下，代码还是没看懂。菜菜

迭代算法

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typedef struct _Range {
    int start, end;
} Range;
Range new_Range(int s, int e) {
    Range r;
    r.start = s;
    r.end = e;
    return r;
}
void swap(int *x, int *y) {
    int t = *x;
    *x = *y;
    *y = t;
}
void quick_sort(int arr[], const int len) {
    if (len <= 0)
        return; // 避免len等於負值時引發段錯誤（Segment Fault）
    // r[]模擬列表,p為數量,r[p++]為push,r[--p]為pop且取得元素
    Range r[len];
    int p = 0;
    r[p++] = new_Range(0, len - 1);
    while (p) {
        Range range = r[--p];
        if (range.start >= range.end)
            continue;
        int mid = arr[(range.start + range.end) / 2]; // 選取中間點為基準點
        int left = range.start, right = range.end;
        do
        {
            while (arr[left] < mid) ++left;   // 檢測基準點左側是否符合要求
            while (arr[right] > mid) --right; //檢測基準點右側是否符合要求
 
            if (left <= right)
            {
                swap(&arr[left],&arr[right]);
                left++;right--;               // 移動指針以繼續
            }
        } while (left <= right);
 
        if (range.start < right) r[p++] = new_Range(range.start, right);
        if (range.end > left) r[p++] = new_Range(left, range.end);
    }
}

递归算法

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void swap(int *x, int *y) {
    int t = *x;
    *x = *y;
    *y = t;
}
void quick_sort_recursive(int arr[], int start, int end) {
    if (start >= end)
        return;
    int mid = arr[end];
    int left = start, right = end - 1;
    while (left < right) {
        while (arr[left] < mid && left < right)
            left++;
        while (arr[right] >= mid && left < right)
            right--;
        swap(&arr[left], &arr[right]);
    }
    if (arr[left] >= arr[end])
        swap(&arr[left], &arr[end]);
    else
        left++;
    if (left)
        quick_sort_recursive(arr, start, left - 1);
    quick_sort_recursive(arr, left + 1, end);
}
void quick_sort(int arr[], int len) {
    quick_sort_recursive(arr, 0, len - 1);
}

原理：

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在区间中随机挑选一个元素作基准，将小于基准的元素放在基准之前，大于基准的元素放在基准之后，再分别对小数区与大数区进行排序。一般选基准可以选最左边的数。

这里推荐一个B站视频，讲的很好。

快速排序算法_哔哩哔哩_bilibili