排序算法 终结版 （C#） --数据结构
/**
*
* 排序算法的分类如下：
* 1.插入排序（直接插入排序、折半插入排序、希尔排序）；
* 2.交换排序（冒泡泡排序、快速排序）；
* 3.选择排序（直接选择排序、堆排序）；
* 4.归并排序；
* 5.分配排序（基数排序、箱排序）。
*
*
* 关于排序方法的选择：
* (1)若n较小(如n≤50)，可采用直接插入或直接选择排序。
* 当记录规模较小时，直接插入排序较好；否则因为直接选择移动的记录数少于直接插人，应选直接选择排序为宜。
* (2)若文件初始状态基本有序(指正序)，则应选用直接插人、冒泡或随机的快速排序为宜；
* (3)若n较大，则应采用时间复杂度为O(nlgn)的排序方法：快速排序、堆排序或归并排序。
* 快速排序是目前基于比较的内部排序中被认为是最好的方法，当待排序的关键字是随机分布时，快速排序的平均时间最短；
* 堆排序所需的辅助空间少于快速排序，并且不会出现快速排序可能出现的最坏情况。这两种排序都是不稳定的。
* 若要求排序稳定，则可选用归并排序。但本章介绍的从单个记录起进行两两归并的 排序算法并不值得提倡，通常可以将它和直接插入排序结合在一起使用。先利用直接插入排序求得较长的有序子文件，然后再两两归并之。因为直接插入排序是稳定的，所以改进后的归并排序仍是稳定的。
*/
namespace Sort
{
abstract class Sort
{
public abstract void SortArray(int[] data);
protected void swap(int[] data, int i, int j)
{
if (data.Length >= j && data.Length >= i)
{
int temp = data[i];
data[i] = data[j];
data[j] = temp;
}
}
}
class BubbleSort : Sort
{
/// <summary>
/// 冒泡排序----交换排序的一种 方法：相邻两元素进行比较，如有需要则进行交换，
/// 每完成一次循环就将最大元素排在最后（如从小到大排序），下一次循环是将其他的数进行类似操作。
/// 性能：比较次数O(n^2),n^2/2；交换次数O(n^2),n^2/4
/// </summary>
public override void SortArray(int[] data)
{
// 比较的伦数
for (int i = 1; i < data.Length; i++)
{
// 将相邻两个数进行比较，较大的数往后冒泡
for (int j = 0; j < data.Length - i; j++)
{
if (data[j] > data[j + 1])
{
// 交换相邻两个数
swap(data, j, j + 1);
}
}
}
Console.WriteLine("冒泡排序：");
for (int i = 0; i < data.Length; i++)
{
Console.WriteLine(data[i] + " ");
}
Console.WriteLine();
}
}
/// <summary>
///
/// 快速排序
///
/// 快速排序使用分治法（Divide and conquer）策略来把一个序列（list）分为两个子序列（sub-lists）。 步骤为：
/// 1. 从数列中挑出一个元素，称为 "基准"（pivot），
/// 2. 重新排序数列，所有元素比基准值小的摆放在基准前面，所有元素比基准值大的摆在基准的后面（相同的数可以到任一边）。在这个分割之后，该基准是它的最后位置。这个称为分割（partition）操作。
/// 3. 递归地（recursive）把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序。
/// 递回的最底部情形，是数列的大小是零或一，也就是永远都已经被排序好了。虽然一直递回下去，但是这个算法总会结束，因为在每次的迭代（iteration）中，它至少会把一个元素摆到它最后的位置去。
/// </summary>
class QuictSort : Sort
{
public override void SortArray(int[] data)
{
// 采用递归法进行快速排序
qsort(data, 0, data.Length - 1);
Console.WriteLine("快速排序：");
for (int k = 0; k < data.Length; k++)
{
Console.WriteLine(data[k] + " ");
}
Console.WriteLine();
}
/**
* 快速排序的具体实现，排正序
*
* @param data
* @param low
* @param high
*/
private void qsort(int[] data, int low, int high)
{
int i, j, x;
if (low < high)
{
// 这个条件用来结束递归
i = low;
j = high;
x = data[i];
while (i < j)
{
while (i < j && data[j] > x)
{
j--; // 从右向左找第一个小于x的数
}
if (i < j)
{
data[i] = data[j];
i++;
}
while (i < j && data[i] < x)
{
i++; // 从左向右找第一个大于x的数
}
if (i < j)
{
data[j] = data[i];
j--;
}
}
data[i] = x;
qsort(data, low, i - 1);
qsort(data, i + 1, high);
}
}
}
/// <summary>
/// 插入排序
///
/// 方法：将一个记录插入到已排好序的有序表（有可能是空表）中,从而得到一个新的记录数增1的有序表。 性能：比较次数O(n^2),n^2/4
///复制次数O(n),n^2/4 比较次数是前两者的一般，而复制所需的CPU时间较交换少，所以性能上比冒泡排序提高一倍多，而比选择排序也要快。
/// </summary>
class InsertSort : Sort
{
public override void SortArray(int[] data)
{
// 比较的轮数
for (int i = 1; i < data.Length; i++)
{
// 保证前i+1个数排好序
for (int j = 0; j < i; j++)
{
if (data[j] > data[i])
{
// 交换在位置j和i两个数
swap(data, i, j);
}
}
}
Console.WriteLine("插入排序：");
for (int i = 0; i < data.Length; i++)
{
Console.WriteLine(data[i] + " ");
}
Console.WriteLine();
}
}
/// <summary>
/// 希尔排序
///
/// 先取一个小于n的整数d1作为第一个增量，把文件的全部记录分成d1个组。
/// 所有距离为dl的倍数的记录放在同一个组中。先在各组内进行直接插入排序；
/// 然后，取第二个增量d2d1重复上述的分组和排序，直至所取的增量dt=1(dt<dt-l<…<d2<d1)，
/// </summary>
class ShellSort : Sort
{
public override void SortArray(int[] data)
{
shellSort2(data);
Console.WriteLine("希尔排序：");
for (int i = 0; i < data.Length; i++)
{
Console.WriteLine(data[i]);
}
}
private static void shellSort2(int[] list)
{
int inc;
for (inc = 1; inc <= list.Length / 9; inc = 3 * inc + 1) ;
for (; inc > 0; inc /= 3)
{
for (int i = inc + 1; i <= list.Length; i += inc)
{
int t = list[i - 1];
int j = i;
while ((j > inc) && (list[j - inc - 1] > t))
{
list[j - 1] = list[j - inc - 1];
j -= inc;
}
list[j - 1] = t;
}
}
}
}
/// <summary>
///直接选择排序法
///
/// ----选择排序的一种 方法：每一趟从待排序的数据元素中选出最小（或最大）的一个元素，
/// 顺序放在已排好序的数列的最后，直到全部待排序的数据元素排完。 性能：比较次数O(n^2),n^2/2 交换次数O(n),n
/// 交换次数比冒泡排序少多了，由于交换所需CPU时间多于比较所需的CUP时间，所以选择排序比冒泡排序快。
/// 但是N比较大时，比较所需的CPU时间占主要地位，所以这时的性能和冒泡排序差不太多，但毫无疑问肯定要快些。
/// </summary>
class SelectSort : Sort
{
public override void SortArray(int[] data)
{
// 定义一个存贮最大数的索引
int index;
for (int i = 1; i < data.Length; i++)
{
index = 0;
for (int j = 1; j <= data.Length - i; j++)
{
if (data[j] > data[index])
{
index = j;
}
}
// 交换在位置data.length-i和index(最大值)两个数
swap(data, data.Length - i, index);
}
Console.WriteLine("选择排序：");
for (int i = 0; i < data.Length; i++)
{
Console.WriteLine(data[i] + " ");
}
Console.WriteLine();
}
}
/// <summary>
/// 堆排序
///
/// (HeapSort)是一树形选择排序。
/// 堆排序的特点是：在排序过程中，将R[l..n]看成是一棵完全二叉树的顺序存储结构，
/// 利用完全二叉树中双亲结点和孩子结点之间的内在关系【参见二叉树的顺序存储结构】，
/// 在当前无序区中选择关键字最大(或最小)的记录。
/// </summary>
class HeapSort : Sort
{
public override void SortArray(int[] data)
{
heap(data, data.Length);
Console.WriteLine("堆排序：");
for (int i = 0; i < data.Length; i++)
{
Console.WriteLine(data[i] + " ");
}
Console.WriteLine();
}
private static void shift(int[] a , int i , int m)
{
int k , t;
t = a[i];
k = 2 * i + 1;
while (k < m)
{
if ((k < m - 1) && (a[k] < a[k+1])) k ++;
if (t < a[k])
{
a[i] = a[k];
i = k;
k = 2 * i + 1;
}
else
{
break;
}
}
a[i] = t;
}
private static void heap(int[] a , int n) //a 为排序数组，n为数组大小（编号0-n-1）
{
int i , k;
for (i = n/2-1; i >= 0; i --)
shift(a , i , n);
for (i = n-1; i >= 1; i --)
{
k = a[0];
a[0] = a[i];
a[i] = k;
shift(a , 0 , i);
}
}
}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("begin:");
Sort[] sort = new Sort[] { new BubbleSort(),
new QuictSort(),
new InsertSort(),
new ShellSort(),
new SelectSort(),
new HeapSort()
};
foreach (Sort s in sort)
{
s.SortArray(new int[] { 5, 8, 4, 6, 14, 77, 33, 23, 44, });
}
Console.WriteLine("end!");
}
}
}
