三大高级排序
1、堆排序
堆排序适合于数据量非常大的场合（百万数据）。
堆排序不需要大量的递归或者多维的暂存数组。
这对于数据量非常巨大的序列是合适的。
比如超过数百万条记录，因为快速排序，归并排序都使用递归来设计算法，
在数据量非常大的时候，可能会发生堆栈溢出错误。
堆排序会将所有的数据建成一个堆，最大的数据在堆顶，
然后将堆顶数据和序列的最后一个数据交换。
接下来再次重建堆，交换数据，依次下去，就可以排序所有的数据。
/// <summary> /// 堆排序 /// </summary> public class HeapSort : ISort { public int[] Sort(int[] array) { if (array != null) { HeapHanle(array, array.Length);//整理了堆结构 for (int i = array.Length - 1; i >= 0; i--) { Swap(ref array[0], ref array[i]); if (i > 1) { HeapToDown(array, 0, i); } } } return array; } /// <summary> /// 整理堆结构 /// </summary> /// <param name="array"></param> /// <param name="length"></param> private static void HeapHanle(int[] array, int length) { for (int i = length / 2 - 1; i >= 0; i--) { HeapToDown(array, i, length); } } /// <summary> /// 从下往上处理 /// </summary> /// <param name="array">数组</param> /// <param name="i">给定的节点数组索引</param> private static void HeapToUp(int[] array, int i) { int cur = array[i]; int preIndex = (i - 1) / 2; while (i > 0 && preIndex >= 0 && cur < array[preIndex]) { array[preIndex] = cur; i = preIndex; preIndex = (i - 1) / 2; } array[i] = cur; } /// <summary> /// 从上往下处理 /// </summary> /// <param name="array">数组</param> /// <param name="i">给定的节点数组索引</param> private static void HeapToDown(int[] array, int i, int length) { int cur = array[i]; int nextIndex = 2 * i + 1;//左孩子对应的数组索引 while (nextIndex < length) { if (nextIndex + 1 < length) { if (array[nextIndex] > array[nextIndex + 1]) { nextIndex = nextIndex + 1;//右孩子 } } if (cur <= array[nextIndex]) { break; } else//处理 { array[i] = array[nextIndex]; i = nextIndex; nextIndex = 2 * i + 1; } } array[i] = cur; } public static void Swap(ref int int1, ref int int2) { int temp = int1; int1 = int2; int2 = temp; } }
2、归并排序
归并排序先分解要排序的序列，从1分成2，2分成4，依次分解，
当分解到只有1个一组的时候，就可以排序这些分组，
然后依次合并回原来的序列中，这样就可以排序所有数据。
合并排序比堆排序稍微快一点，但是需要比堆排序多一倍的内存空间，
因为它需要一个额外的数组。
/// <summary> /// 归并排序 /// </summary> public class MergeSort : ISort { public int[] Sort(int[] array) { if (array != null) { int[] temp = new int[array.Length]; SortLeftAndRight(array, 0, array.Length - 1, temp); } return array; } /// <summary> /// 对array[first]-array[middle]和array[middle+1]-array[last]进行并归 /// </summary> /// <param name="array"></param> /// <param name="first"></param> /// <param name="middle"></param> /// <param name="last"></param> /// <param name="temp"></param> private void Merge(int[] array, int first, int middle, int last, int[] temp) { int i = first; int n = middle; int j = middle + 1; int m = last; int k = 0; while (i <= n && j <= m) { if (array[i] <= array[j]) { temp[k++] = array[i++]; } else { temp[k++] = array[j++]; } } while (i <= n) { temp[k++] = array[i++]; } while (j <= m) { temp[k++] = array[j++]; } for (i = 0; i < k; i++) { array[first + i] = temp[i]; } } /// <summary> /// 递归分治 /// </summary> /// <param name="array"></param> /// <param name="first"></param> /// <param name="last"></param> /// <param name="temp"></param> private void SortLeftAndRight(int[] array, int first, int last, int[] temp) { if (first < last) { int middle = (first + last) / 2; SortLeftAndRight(array, first, middle, temp); SortLeftAndRight(array, middle + 1, last, temp); Merge(array, first, middle, last, temp); } } }
3、快速排序
快速排序是一个就地排序，分而治之，大规模递归的算法。
从本质上来说，它是归并排序的就地版本。
快速排序可以由下面四步组成。
（1） 如果不多于1个数据，直接返回。
（2） 一般选择序列最左边的值作为支点数据。
（3） 将序列分成2部分，一部分都大于支点数据，另外一部分都小于支点数据。
（4） 对两边利用递归排序数列。
快速排序比大部分排序算法都要快。尽管我们可以在某些特殊的情况下写出比快速排序快的算法，
但是就通常情况而言，没有比它更快的了。
快速排序是递归的，对于内存非常有限的机器来说，它不是一个好的选择。
/// <summary> /// 快速排序 /// </summary> public class QuickSort : ISort { public int[] Sort(int[] array) { if (array != null) { int[] temp = new int[array.Length]; QuickSorting(array, 0, array.Length - 1); } return array; } private static void QuickSorting(int[] array, int l, int r) { if (l < r) { int i = l; int j = r; int temp = array[i]; while (i < j) { while (i < j && array[j] >= temp) { j--; } if (i < j) { array[i++] = array[j]; } while (i < j && array[i] < temp) { i++; } if (i < j) { array[j--] = array[i]; } } array[i] = temp; QuickSorting(array, l, i - 1); QuickSorting(array, i + 1, r); } } }
测试代码：
class Program { public static Random re = new Random(); static void Main(string[] args) { Stopwatch stw4 = new Stopwatch(); Stopwatch stw5 = new Stopwatch(); Stopwatch stw6 = new Stopwatch(); int[] intArray4 = GetArray(int.MaxValue / 100000); int[] intArray5 = GetArray(int.MaxValue / 100000); int[] intArray6 = GetArray(int.MaxValue / 100000); ISort sort4 = new HeapSort();//堆排序 stw4.Start(); int[] result4 = sort4.Sort(intArray4); stw4.Stop(); Console.WriteLine("输出排序的结果(堆排序)"); Console.WriteLine("程序共运行时间:" + stw4.Elapsed.ToString()); ISort sort5 = new MergeSort();//归并排序 stw5.Start(); int[] result5 = sort5.Sort(intArray5); stw5.Stop(); Console.WriteLine("输出排序的结果(归并排序)"); Console.WriteLine("程序共运行时间:" + stw5.Elapsed.ToString()); ISort sort6 = new QuickSort();//快速排序 stw6.Start(); int[] result6 = sort6.Sort(intArray6); stw6.Stop(); Console.WriteLine("输出排序的结果(快速排序)"); Console.WriteLine("程序共运行时间:" + stw6.Elapsed.ToString()); Console.ReadKey(); } private static int[] GetArray(long _arrayLength) { long arrayLength = _arrayLength; //初始化数组 int[] intArray = new int[arrayLength]; for (int i = 0; i < arrayLength; i++) { intArray[i] = re.Next(); } return intArray; } }
测试结果截图：
