ZT 9种排序

9种排序

2012-09-19 14:58 66人阅读 评论(0) 收藏 编辑 删除

algorithmfpfilemergeintegerfloat

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <windows.h>
#include <time.h>
void Swap(float &x, float &y)
{
    x = x + y;
    y = x - y;
    x = x - y;
}

void PrintData(int *pDataArray, int iDataNum)
{
    for (int i = 0; i < iDataNum; i++)
        printf("%d ", pDataArray[i]);
    printf("
");
    fflush(stdout);
}

//交换data1和data2所指向的整形
void DataSwap(int* data1, int* data2)
{
    int temp = *data1;
    *data1 = *data2;
    *data2 = temp;
}


/********************************************************
*函数名称：ShellInsert
*参数说明：pDataArray 无序数组；
*          d          增量大小
*          iDataNum为无序数据个数
*说明：    希尔按增量d的插入排序
*********************************************************/
void ShellInsert(int* pDataArray, int d, int iDataNum)
{
    for (int i = d; i < iDataNum; i += 1)    //从第2个数据开始插入
    {
        int j = i - d;
        int temp = pDataArray[i];    //记录要插入的数据
        while (j >= 0 && pDataArray[j] > temp)    //从后向前，找到比其小的数的位置
        {
            pDataArray[j+d] = pDataArray[j];    //向后挪动
            j -= d;
        }

        if (j != i - d)    //存在比其小的数
            pDataArray[j+d] = temp;
    }
}

/********************************************************
*函数名称：ShellSort
*参数说明：pDataArray 无序数组；
*          iDataNum为无序数据个数
*说明：    希尔排序
*********************************************************/
void ShellSort(int* pDataArray, int iDataNum)
{
    int d = iDataNum / 2;    //初始增量设为数组长度的一半
    while(d >= 1)
    {
        ShellInsert(pDataArray, d, iDataNum);
        d = d / 2;    //每次增量变为上次的二分之一
    }
}

/********************************************************
*函数名称：GetNumInPos
*参数说明：num 一个整形数据
*          pos 表示要获得的整形的第pos位数据
*说明：    找到num的从低到高的第pos位的数据
*********************************************************/
int GetNumInPos(int num,int pos)
{
    int temp = 1;
    for (int i = 0; i < pos - 1; i++)
        temp *= 10;

    return (num / temp) % 10;
}

/********************************************************
*函数名称：RadixSort
*参数说明：pDataArray 无序数组；
*          iDataNum为无序数据个数
*说明：    基数排序
*********************************************************/
#define RADIX_10 10    //整形排序
#define KEYNUM_31 10     //关键字个数，这里为整形位数
void RadixSort(int* pDataArray, int iDataNum)
{
    int *radixArrays[RADIX_10];    //分别为0~9的序列空间
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        radixArrays[i] = (int *)malloc(sizeof(int) * (iDataNum + 1));
        radixArrays[i][0] = 0;    //index为0处记录这组数据的个数
    }

    for (int pos = 1; pos <= KEYNUM_31; pos++)    //从个位开始到31位
    {
        for (int i = 0; i < iDataNum; i++)    //分配过程
        {
            int num = GetNumInPos(pDataArray[i], pos);
            int index = ++radixArrays[num][0];
            radixArrays[num][index] = pDataArray[i];
        }

        for (int i = 0, j =0; i < RADIX_10; i++)    //收集
        {
            for (int k = 1; k <= radixArrays[i][0]; k++)
                pDataArray[j++] = radixArrays[i][k];
            radixArrays[i][0] = 0;    //复位
        }
    }
}

/********************************************************
*函数名称：SlipDown
*参数说明：pDataArray 无序数组；
*          iCurNode为堆中需要调整的节点
*          iDataNum为数组长度
*函数返回：分割后的分割数位置
*函数说明：调整iCurNode处的节点，形成大顶堆
*********************************************************/
void SlipDown(int *pDataArray,int iCurNode,int iDataNum)
{
    int temp = pDataArray[iCurNode];    //记录需要调整的节点值

    for (int iNextNode = iCurNode*2; iNextNode <= iDataNum; iNextNode = iCurNode*2)
    {
        if (iNextNode + 1 <= iDataNum
            && pDataArray[iNextNode] < pDataArray[iNextNode + 1])    //寻找iCurNode子节点中的大者
            iNextNode++;
        if (pDataArray[iNextNode] > temp)    //大的值上移
            pDataArray[iCurNode] = pDataArray[iNextNode];
        else    //结束调整
            break;

        iCurNode = iNextNode;    //更新需要调整的节点
    }

    pDataArray[iCurNode] = temp;
}

/********************************************************
*函数名称：HeapSort
*参数说明：pDataArray 无序数组；
*          iDataNum为无序数据个数
*说明：    堆排序
*********************************************************/
void HeapSort(int* pDataArray, int iDataNum)
{
    pDataArray--;    //让原先数组下标0对应1，便于堆中节点的访问
    for (int i = iDataNum/2; i > 0; i--)    //调整为大顶堆
        SlipDown(pDataArray, i, iDataNum);

    for (int i = iDataNum; i > 1; i--)    //根据大顶堆进行排序
    {
        DataSwap(&pDataArray[i], &pDataArray[1]);
        SlipDown(pDataArray, 1, i - 1);
    }
}

/********************************************************
*函数名称：Split
*参数说明：pDataArray 无序数组；
*          iBegin为pDataArray需要快速排序的起始位置
*          iEnd为pDataArray需要快速排序的结束位置
*函数返回：分割后的分割数位置
*说明：    以iBegin处的数值value作为分割数，
使其前半段小于value，后半段大于value
*********************************************************/
int Split(int *pDataArray,int iBegin,int iEnd)
{
    int rIndex = rand() % (iEnd - iBegin + 1);    //随机获得偏移位置

    int pData = pDataArray[iBegin + rIndex];    //将iBegin+rIndex处的值作为划分值

    while (iBegin < iEnd)    //循环分割数组，使其前半段小于pData，后半段大于pData
    {
        while (iEnd > iBegin && pDataArray[iEnd] >= pData)    //从后向前寻找小于pData的数据位置
            iEnd--;

        if (iEnd != iBegin)
        {
            pDataArray[iBegin] = pDataArray[iEnd];    //将小于pData数据存放到数组前方
            iBegin++;

            while (iBegin < iEnd && pDataArray[iBegin] <= pData)
                iBegin++;

            if (iBegin != iEnd)
            {
                pDataArray[iEnd] = pDataArray[iBegin];    //将大于pData数据存放到数组后方
                iEnd--;
            }
        }
    }

    pDataArray[iEnd] = pData;    //此时iBegin=iEnd，此处存储分割数据pData
    return iEnd;
}

/********************************************************
*函数名称：QSort
*参数说明：pDataArray 无序数组；
*          iBegin为pDataArray需要快速排序的起始位置
*          iEnd为pDataArray需要快速排序的结束位置
*说明：    快速排序递归函数
*********************************************************/
void QSort(int* pDataArray, int iBegin, int iEnd)
{
    if (iBegin < iEnd)
    {
        int pos = Split(pDataArray, iBegin, iEnd);    //获得分割后的位置
        QSort(pDataArray, iBegin, pos - 1);           //对分割后的前半段递归快排
        QSort(pDataArray, pos + 1, iEnd);             //对分割后的后半段递归快排
    }
}

/********************************************************
*函数名称：QuickSort
*参数说明：pDataArray 无序数组；
*          iDataNum为无序数据个数
*说明：    快速排序
*********************************************************/
void QuickSort(int* pDataArray, int iDataNum)
{
    QSort(pDataArray, 0, iDataNum - 1);
}


/********************************************************
*函数名称：Merge
*参数说明：pDataArray 无序数组；
*          int *pTempArray 临时存储合并后的序列
*          bIndex 需要合并的序列1的起始位置
*          mIndex 需要合并的序列1的结束位置
并且作为序列2的起始位置
*          eIndex 需要合并的序列2的结束位置
*说明：    将数组中连续的两个子序列合并为一个有序序列
*********************************************************/
void Merge(int* pDataArray, int *pTempArray, int bIndex, int mIndex, int eIndex)
{
    int mLength = eIndex - bIndex;    //合并后的序列长度
    int i = 0;    //记录合并后序列插入数据的偏移
    int j = bIndex;    //记录子序列1插入数据的偏移
    int k = mIndex;    //记录子序列2掺入数据的偏移

    while (j < mIndex && k < eIndex)
    {
        if (pDataArray[j] <= pDataArray[k])
        {
            pTempArray[i++] = pDataArray[j];
            j++;
        }
        else
        {
            pTempArray[i++] = pDataArray[k];
            k++;
        }
    }

    if (j == mIndex)    //说明序列1已经插入完毕
        while (k < eIndex)
            pTempArray[i++] = pDataArray[k++];
    else                //说明序列2已经插入完毕
        while (j < mIndex)
            pTempArray[i++] = pDataArray[j++];

    for (i = 0; i < mLength; i++)    //将合并后序列重新放入pDataArray
        pDataArray[bIndex + i] = pTempArray[i];
}

/********************************************************
*函数名称：BottomUpMergeSort
*参数说明：pDataArray 无序数组；
*          iDataNum为无序数据个数
*说明：    自底向上的归并排序
*********************************************************/
void BottomUpMergeSort(int* pDataArray, int iDataNum)
{
    int *pTempArray = (int *)malloc(sizeof(int) * iDataNum);    //临时存放合并后的序列
    int length = 1;    //初始有序子序列长度为1
    while (length < iDataNum)
    {
        int i = 0;
        for (; i + 2*length < iDataNum; i += 2*length)
            Merge(pDataArray, pTempArray, i, i + length, i + 2*length);
        if (i + length < iDataNum)
            Merge(pDataArray, pTempArray, i, i + length, iDataNum);
        length *= 2;    //有序子序列长度*2
    }
    free(pTempArray);
}

/********************************************************
*函数名称：RecursionMergeSort
*参数说明：pDataArray 无序数组；
*          int *pTempArray 临时存放合并的序列
*          iBegin为pDataArray需要归并排序的起始位置
*          iEnd为pDataArray需要归并排序的结束位置
*说明：    自顶向下的归并排序递归函数
*********************************************************/
void RecursionMergeSort(int* pDataArray, int *pTempArray, int iBegin, int iEnd)
{
    if (iBegin < iEnd)
    {
        int middle = (iBegin + iEnd) / 2;
        RecursionMergeSort(pDataArray, pTempArray, iBegin, middle);    //前半段递归归并排序
        RecursionMergeSort(pDataArray, pTempArray, middle + 1, iEnd);  //后半段归并排序
        Merge(pDataArray, pTempArray, iBegin, middle + 1, iEnd + 1);   //合并前半段和后半段
    }
}

/********************************************************
*函数名称：UpBottomMergeSort
*参数说明：pDataArray 无序数组；
*          iDataNum为无序数据个数
*说明：    自顶向下的归并排序
*********************************************************/
void UpBottomMergeSort(int* pDataArray, int iDataNum)
{
    int *pTempArray = (int *)malloc(sizeof(int) * iDataNum);    //临时存放合并后的序列
    RecursionMergeSort(pDataArray, pTempArray, 0, iDataNum - 1);
    free(pTempArray);
}

//查找数值iData在长度为iLen的pDataArray数组中的插入位置
int FindInsertIndex(int *pDataArray, int iLen, int iData)
{
    int iBegin = 0;
    int iEnd = iLen - 1;
    int index = -1;    //记录插入位置
    while (iBegin <= iEnd)
    {
        index = (iBegin + iEnd) / 2;
        if (pDataArray[index] > iData)
            iEnd = index - 1;
        else
            iBegin = index + 1;
    }
    if (pDataArray[index] <= iData)
        index++;
    return index;
}

/********************************************************
*函数名称：BinaryInsertSort
*参数说明：pDataArray 无序数组；
*          iDataNum为无序数据个数
*说明：    二分查找插入排序
*********************************************************/
void BinaryInsertSort(int* pDataArray, int iDataNum)
{
    for (int i = 1; i < iDataNum; i++)    //从第2个数据开始插入
    {
        int index = FindInsertIndex(pDataArray, i, pDataArray[i]);    //二分寻找插入的位置

        if (i != index)    //插入位置不为i，才挪动、插入
        {
            int j = i;
            int temp = pDataArray[i];
            while (j > index)    //挪动位置
            {
                pDataArray[j] = pDataArray[j-1];
                j--;
            }
            pDataArray[j] = temp;    //插入
        }
    }
}

/********************************************************
*函数名称：InsertSort
*参数说明：pDataArray 无序数组；
*          iDataNum为无序数据个数
*说明：    插入排序（从前向后寻找）
*********************************************************/
void InsertSort(int* pDataArray, int iDataNum)
{
    for (int i = 1; i < iDataNum; i++)    //从第2个数据开始插入
    {
        int j = 0;
        while (j < i && pDataArray[j] <= pDataArray[i])    //寻找插入的位置
            j++;

        if (j < i)    //i位置之前，有比pDataArray[i]大的数，则进行挪动和插入
        {
            int k = i;
            int temp = pDataArray[i];
            while (k > j)    //挪动位置
            {
                pDataArray[k] = pDataArray[k-1];
                k--;
            }
            pDataArray[k] = temp;    //插入
        }
    }
}

/********************************************************
*函数名称：InsertSort
*参数说明：pDataArray 无序数组；
*          iDataNum为无序数据个数
*说明：    插入排序（从后向前寻找）
*********************************************************/
void InsertSort1(int* pDataArray, int iDataNum)
{
    for (int i = 1; i < iDataNum; i++)    //从第2个数据开始插入
    {
        int j = i - 1;
        int temp = pDataArray[i];    //记录要插入的数据
        while (j >= 0 && pDataArray[j] > temp)    //从后向前，找到比其小的数的位置
        {
            pDataArray[j+1] = pDataArray[j];    //向后挪动
            j--;
        }

        if (j != i - 1)    //存在比其小的数
            pDataArray[j+1] = temp;
    }
}

/********************************************************
*函数名称：SelectionSort
*参数说明：pDataArray 无序数组；
*          iDataNum为无序数据个数
*说明：    选择排序
*********************************************************/
void SelectionSort(int* pDataArray, int iDataNum)
{
    for (int i = 0; i < iDataNum - 1; i++)    //从第一个位置开始
    {
        int index = i;
        for (int j = i + 1; j < iDataNum; j++)    //寻找最小的数据索引
            if (pDataArray[j] < pDataArray[index])
                index = j;

        if (index != i)    //如果最小数位置变化则交换
            DataSwap(&pDataArray[index], &pDataArray[i]);
    }
}

/********************************************************
*函数名称：BubbleSort
*参数说明：pDataArray 无序数组；
*          iDataNum为无序数据个数
*说明：    冒泡排序
*********************************************************/
void BubbleSort(int* pDataArray, int iDataNum)
{
    BOOL flag = FALSE;    //记录是否存在交换
    for (int i = 0; i < iDataNum - 1; i++)    //走iDataNum-1趟
    {
        flag = FALSE;
        for (int j = 0; j < iDataNum - i - 1; j++)
            if (pDataArray[j] > pDataArray[j + 1])
            {
                flag = TRUE;
                DataSwap(&pDataArray[j], &pDataArray[j + 1]);
            }

            if (!flag)    //上一趟比较中不存在交换，则退出排序
                break;
    }
}

//测试序列是否有序
BOOL CheckOrder(int *pDataArray, int iDataNum)
{
    for (int i = 0; i < iDataNum -  1; i++)
        if (pDataArray[i] > pDataArray[i+1])
            return FALSE;
    return TRUE;
}

UINT64 time_fre;    //时钟频率

UINT64 GetTimeM()
{
    //获取当前时间
    LARGE_INTEGER curCounter;
    QueryPerformanceCounter(&curCounter);
    return curCounter.QuadPart*1000/time_fre;
}

void BubbleSortTest(int *pDataArray,int length, FILE *fp)
{
    //初始化数组
    for (int i = 0; i < length; i++)
        pDataArray[i] = rand()%100000;

    UINT64 begin;
    UINT64 end;
    begin = GetTimeM();
    BubbleSort(pDataArray, length);
    end = GetTimeM();

    fprintf(fp, " %d", int(end-begin));

    if (!CheckOrder(pDataArray, length))
        printf("BubbleSort algorithm failed!
");
    else
        printf("BubbleSort algorithm succeed!
");
}

void SelectSortTest(int *pDataArray,int length, FILE *fp)
{
    //初始化数组
    for (int i = 0; i < length; i++)
        pDataArray[i] = rand()%100000;

    UINT64 begin;
    UINT64 end;
    begin = GetTimeM();
    SelectionSort(pDataArray, length);
    end = GetTimeM();

    fprintf(fp, " %d", int(end-begin));

    if (!CheckOrder(pDataArray, length))
        printf("SelectSort algorithm failed!
");
    else
        printf("SelectSort algorithm succeed!
");
}

void InsertSortTest(int *pDataArray,int length, FILE *fp)
{
    //初始化数组
    for (int i = 0; i < length; i++)
        pDataArray[i] = rand()%100000;

    UINT64 begin;
    UINT64 end;
    begin = GetTimeM();
    InsertSort(pDataArray, length);
    end = GetTimeM();

    fprintf(fp, " %d", int(end-begin));

    if (!CheckOrder(pDataArray, length))
        printf("InsertSort algorithm failed!
");
    else
        printf("InsertSort algorithm succeed!
");
}

void BottomUpMergeSortTest(int *pDataArray,int length, FILE *fp)
{
    //初始化数组
    for (int i = 0; i < length; i++)
        pDataArray[i] = rand()%100000;

    UINT64 begin;
    UINT64 end;
    begin = GetTimeM();
    BottomUpMergeSort(pDataArray, length);
    end = GetTimeM();

    fprintf(fp, " %d", int(end-begin));

    if (!CheckOrder(pDataArray, length))
        printf("BottomUpMergeSort algorithm failed!
");
    else
        printf("BottomUpMergeSort algorithm succeed!
");
}

void UpBottomMergeSortTest(int *pDataArray,int length, FILE *fp)
{
    //初始化数组
    for (int i = 0; i < length; i++)
        pDataArray[i] = rand()%100000;

    UINT64 begin;
    UINT64 end;
    begin = GetTimeM();
    UpBottomMergeSort(pDataArray, length);
    end = GetTimeM();

    fprintf(fp, " %d", int(end-begin));

    if (!CheckOrder(pDataArray, length))
        printf("UpBottomMergeSort algorithm failed!
");
    else
        printf("UpBottomMergeSort algorithm succeed!
");
}

void QuickSortTest(int *pDataArray,int length, FILE *fp)
{
    //初始化数组
    for (int i = 0; i < length; i++)
        pDataArray[i] = rand()%100000;

    UINT64 begin;
    UINT64 end;
    begin = GetTimeM();
    QuickSort(pDataArray, length);
    end = GetTimeM();

    fprintf(fp, " %d", int(end-begin));

    if (!CheckOrder(pDataArray, length))
        printf("QuickSort algorithm failed!
");
    else
        printf("QuickSort algorithm succeed!
");
}

void HeapSortTest(int *pDataArray,int length, FILE *fp)
{
    //初始化数组
    for (int i = 0; i < length; i++)
        pDataArray[i] = rand()%100000;

    UINT64 begin;
    UINT64 end;
    begin = GetTimeM();
    HeapSort(pDataArray, length);
    end = GetTimeM();

    fprintf(fp, " %d", int(end-begin));

    if (!CheckOrder(pDataArray, length))
        printf("HeapSort algorithm failed!
");
    else
        printf("HeapSort algorithm succeed!
");
}

void RadixSortTest(int *pDataArray,int length, FILE *fp)
{
    //初始化数组
    for (int i = 0; i < length; i++)
        pDataArray[i] = rand()%100000;

    UINT64 begin;
    UINT64 end;
    begin = GetTimeM();
    RadixSort(pDataArray, length);
    end = GetTimeM();

    fprintf(fp, " %d", int(end-begin));

    if (!CheckOrder(pDataArray, length))
        printf("RadixSort algorithm failed!
");
    else
        printf("RadixSort algorithm succeed!
");
}

void ShellSortTest(int *pDataArray,int length, FILE *fp)
{
    //初始化数组
    for (int i = 0; i < length; i++)
        pDataArray[i] = rand()%100000;

    UINT64 begin;
    UINT64 end;
    begin = GetTimeM();
    ShellSort(pDataArray, length);
    end = GetTimeM();

    fprintf(fp, " %d", int(end-begin));

    if (!CheckOrder(pDataArray, length))
        printf("ShellSort algorithm failed!
");
    else
        printf("ShellSort algorithm succeed!
");
}

int main()
{
#define ARRAYLENGTH 10000    //无序数组初始长度
#define ADDLENGTH 10000    //无序数组增幅
#define MAXLENGTH 100000   //最大无序数组长度

    int length;
    srand(time(NULL));
    //获取时钟频率
    LARGE_INTEGER litmp;
    QueryPerformanceFrequency(&litmp);
    time_fre = (UINT64 )litmp.QuadPart;

    int *pDataArray = new int[MAXLENGTH];
    FILE *fp = fopen("data.txt", "w");    //将结果存储与data.txt文件中;
                                          //每一行代表一种排序在不同数据规模下的时间（毫秒）

    length = ARRAYLENGTH;
    for (; length <= MAXLENGTH; length += ADDLENGTH)
    {
        BubbleSortTest(pDataArray, length, fp);
    }
    fprintf(fp, "
");

    length = ARRAYLENGTH;
    for (; length <= MAXLENGTH; length += ADDLENGTH)
    {
        SelectSortTest(pDataArray, length, fp);
    }
    fprintf(fp, "
");

    length = ARRAYLENGTH;
    for (; length <= MAXLENGTH; length += ADDLENGTH)
    {
        InsertSortTest(pDataArray, length, fp);
    }
    fprintf(fp, "
");

    length = ARRAYLENGTH;
    for (; length <= MAXLENGTH; length += ADDLENGTH)
    {
        BottomUpMergeSortTest(pDataArray, length, fp);
    }
    fprintf(fp, "
");

    length = ARRAYLENGTH;
    for (; length <= MAXLENGTH; length += ADDLENGTH)
    {
        UpBottomMergeSortTest(pDataArray, length, fp);
    }
    fprintf(fp, "
");

    length = ARRAYLENGTH;
    for (; length <= MAXLENGTH; length += ADDLENGTH)
    {
        QuickSortTest(pDataArray, length, fp);
    }
    fprintf(fp, "
");

    length = ARRAYLENGTH;
    for (; length <= MAXLENGTH; length += ADDLENGTH)
    {
        HeapSortTest(pDataArray, length, fp);
    }
    fprintf(fp, "
");

    length = ARRAYLENGTH;
    for (; length <= MAXLENGTH; length += ADDLENGTH)
    {
        RadixSortTest(pDataArray, length, fp);
    }
    fprintf(fp, "
");

    length = ARRAYLENGTH;
    for (; length <= MAXLENGTH; length += ADDLENGTH)
    {
        ShellSortTest(pDataArray, length, fp);
    }
    fprintf(fp, "
");

    fclose(fp);
    free(pDataArray);
    return 0;
}