简单选择排序

算法介绍

在待排序序列中找到最小元素，存放到已排好序的有序表的终点位置，从而得到一个新的、记录数量增1的有序表。


算法例题

用随机函数生成16个2位正整数（10~99），利用 简单选择排序法 将其排序。


算法思路

书面概括

  1. 将待排序的元素存放在数组 r[1...n] 中。第一趟从 r[1] 开始，通过 n-1 次比较，从 n 个元素中选出关键字最小的元素，记为 r[k] ，交换 r[1] 和 r[k] ；
  2. 第二趟从 r[2] 开始，通过 n-2 次比较，从 n-1 个元素中选出关键字最小的元素，记为 r[k] ，交换 r[2] 和 r[k] ；
  3. 以此类推，第 i 趟从 r[i] 开始，通过 n-i 次比较，从 n-i 次比较，从 n-i+1 个元素中选出关键字最小的元素，记为 r[k] ，交换 r[i] 和 r[k] ；
  4. 经过 n-1 趟，排序完成。

个人概括

每趟排序都从 待排序序列 中选出一个 最小的元素 ，插入到 有序序列 的最后（其实是最小元素与待排序序列中第一个元素交换，交换后的最小的元素序列就是有序序列）。


考虑情况

  • 每趟排序寻找最小元素时，先记录待排序元素的下标为暂记最小元素的索引

    1. 若比较完毕后，暂记最小元素的索引为待排序元素的下标，即待排序元素就是最小元素，无需移动，直接更新为有序序列；
    2. 若比较完毕后，暂记最小元素的索引不为待排序元素的下标，需要进行移动交换，再更新有序序列。

图解过程

( ) 为暂记最小元素，[ ] 为待排序序列，{ } 为有序序列，< > 为比较中的元素，" " 为交换位置的元素。

1.第一趟排序

(    )  	[ 49  38  65  97  76  13  27  49 ]

更新暂记最小元素
(    )  	[<49> 38  65  97  76  13  27  49 ]
( 49 )		[(49) 38  65  97  76  13  27  49 ]

比较
( 49 )		[(49)<38> 65  97  76  13  27  49 ]

更新暂记最小元素
(    )		[ 49 <38> 65  97  76  13  27  49 ]
( 38 )		[ 49 (38) 65  97  76  13  27  49 ]

比较
( 38 )		[ 49 (38)<65> 97  76  13  27  49 ]
( 38 )		[ 49 (38) 65 <97> 76  13  27  49 ]
( 38 )		[ 49 (38) 65  97 <76> 13  27  49 ]
( 38 )		[ 49 (38) 65  97  76 <13> 27  49 ]

更新暂记最小元素
(    )		[ 49  38  65  97  76 <13> 27  49 ]
( 13 )		[ 49  38  65  97  76 (13) 27  49 ]

比较
( 13 )		[ 49  38  65  97  76 (13)<27> 49 ]
( 13 )		[ 49  38  65  97  76 (13) 27 <49>]

比较结束，将暂记最小元素与待排序序列第一个元素交换
( 13 )		["49" 38  65  97  76 "13" 27  49 ]
( 13 )		["13" 38  65  97  76 "49" 27  49 ]

更新待排序序列第一个元素为有序序列
(    )		{ 13 }[ 38  65  97  76  49  27  49 ]

2.第二趟排序

(    )		{ 13 }[ 38  65  97  76  49  27  49 ]

更新暂记最小元素
(    )		{ 13 }[<38> 65  97  76  49  27  49 ]
( 38 )		{ 13 }[(38)<65> 97  76  49  27  49 ]

比较
( 38 )		{ 13 }[(38) 65 <97> 76  49  27  49 ]
( 38 )		{ 13 }[(38) 65  97 <76> 49  27  49 ]
( 38 )		{ 13 }[(38) 65  97  76 <49> 27  49 ]
( 38 )		{ 13 }[(38) 65  97  76  49 <27> 49 ]

更新暂最小记元素
(    )		{ 13 }[ 38  65  97  76  49 <27> 49 ]
( 27 )		{ 13 }[ 38  65  97  76  49 (27) 49 ]

比较
( 27 )		{ 13 }[ 38  65  97  76  49 (27)<49>]

比较结束，将暂记最小元素与待排序序列第一个元素交换
( 27 )		{ 13 }["38" 65  97  76  49 "26" 49 ]
( 27 )		{ 13 }["27" 65  97  76  49 "38" 49 ]

更新待排序序列第一个元素为有序序列
(    )		{ 13  27 }[ 65  97  76  49  38  49 ]

3.第三趟排序

(    )		{ 13  27 }[ 65  97  76  49  38  49 ]

更新暂记最小元素
(    )		{ 13  27 }[<65> 97  76  49  38  49 ]
( 65 )		{ 13  27 }[(65) 97  76  49  38  49 ]

比较
( 65 )		{ 13  27 }[(65)<97> 76  49  38  49 ]
( 65 )		{ 13  27 }[(65) 97 <76> 49  38  49 ]
( 65 )		{ 13  27 }[(65) 97  76 <49> 38  49 ]

更新暂最小记元素
(    )		{ 13  27 }[ 65  97  76 <49> 38  49 ]
( 49 )		{ 13  27 }[ 65  97  76 (49) 38  49 ]

比较
( 49 )		{ 13  27 }[ 65  97  76 (49)<38> 49 ]

更新暂最小记元素
(    )		{ 13  27 }[ 65  97  76  49 <38> 49 ]
( 38 )		{ 13  27 }[ 65  97  76  49 (38) 49 ]

比较
( 38 )		{ 13  27 }[ 65  97  76  49 (38)<49>]

比较结束，将暂记最小元素与待排序序列第一个元素交换
( 38 )		{ 13  27 }["65" 97  76  49 "38" 49 ]
( 38 )		{ 13  27 }["38" 97  76  49 "65" 49 ]

更新待排序序列第一个元素为有序序列
(    )		{ 13  27  38 }[ 97  76  49  65  49 ]

4.第四趟排序

(    )		{ 13  27  38 }[ 97  76  49  65  49 ]

更新暂记最小元素
(    )		{ 13  27  38 }[<97> 76  49  65  49 ]
( 97 )		{ 13  27  38 }[(97) 76  49  65  49 ]

比较
( 97 )		{ 13  27  38 }[(97)<76> 49  65  49 ]

更新暂记最小元素
( 97 )		{ 13  27  38 }[ 97 <76> 49  65  49 ]
( 76 )		{ 13  27  38 }[ 97 (76) 49  65  49 ]

比较
( 76 )		{ 13  27  38 }[ 97 (76)<49> 65  49 ]

更新暂记最小元素
( 76 )		{ 13  27  38 }[ 97  76 <49> 65  49 ]
( 49 )		{ 13  27  38 }[ 97  76 (49) 65  49 ]

比较
( 49 )		{ 13  27  38 }[ 97  76 (49)<65> 49 ]
( 49 )		{ 13  27  38 }[ 97  76 (49) 65 <49>]

比较结束，将暂记最小元素与待排序序列第一个元素交换
( 49 )		{ 13  27  38 }["97" 76 "49" 65  49 ]
( 49 )		{ 13  27  38 }["49" 76 "97" 65  49 ]

更新待排序序列第一个元素为有序序列
(    )		{ 13  27  38  49 }[ 76  97  65  49 ]

5.第五趟排序

(    )		{ 13  27  38  49 }[ 76  97  65  49 ]

更新暂记最小元素
(    )		{ 13  27  38  49 }[<76> 97  65  49 ]
( 76 )		{ 13  27  38  49 }[(76) 97  65  49 ]

比较
( 76 )		{ 13  27  38  49 }[(76)<97> 65  49 ]
( 76 )		{ 13  27  38  49 }[(76) 97 <65> 49 ]

更新暂记最小元素
(    )		{ 13  27  38  49 }[ 76  97 <65> 49 ]
( 65 )		{ 13  27  38  49 }[ 76  97 (65) 49 ]

比较
( 65 )		{ 13  27  38  49 }[ 76  97 (65)<49>]

更新暂记最小元素
(    )		{ 13  27  38  49 }[ 76  97  65 <49>]
( 49 )		{ 13  27  38  49 }[ 76  97  65 (49)]

比较结束，将暂记最小元素与待排序序列第一个元素交换
( 49 )		{ 13  27  38  49 }["76" 97  65 "49"]
( 49 )		{ 13  27  38  49 }["49" 97  65 "76"]

更新待排序序列第一个元素为有序序列
(    )		{ 13  27  38  49  49 }[ 97  65  76 ]

6.第六趟排序

(    )		{ 13  27  38  49  49 }[ 97  65  76 ]

更新暂记最小元素
(    )		{ 13  27  38  49  49 }[<97> 65  76 ]
( 97 )		{ 13  27  38  49  49 }[(97) 65  76 ]

比较
( 97 )		{ 13  27  38  49  49 }[(97)<65> 76 ]

更新暂记最小元素
(    )		{ 13  27  38  49  49 }[ 97 <65> 76 ]
( 65 )		{ 13  27  38  49  49 }[ 97 (65) 76 ]

比较
( 65 )		{ 13  27  38  49  49 }[ 97 (65)<76>]

比较结束，将暂记最小元素与待排序序列第一个元素交换
( 65 )		{ 13  27  38  49  49 }["97""65" 76 ]
( 65 )		{ 13  27  38  49  49 }["65""97" 76 ]

更新待排序序列第一个元素为有序序列
( 65 )		{ 13  27  38  49  49  65 }[ 97  76 ]

7.第七趟排序

(    )		{ 13  27  38  49  49  65 }[ 97  76 ]

更新暂记最小元素
(    )		{ 13  27  38  49  49  65 }[<97> 76 ]
( 97 )		{ 13  27  38  49  49  65 }[(97) 76 ]

比较
( 97 )		{ 13  27  38  49  49  65 }[(97)<76>]

更新暂记最小元素
(    )		{ 13  27  38  49  49  65 }[ 97 <76>]
( 76 )		{ 13  27  38  49  49  65 }[ 97 (76)]

比较结束，将暂记最小元素与待排序序列第一个元素交换
( 76 )		{ 13  27  38  49  49  65 }["97""76"]
( 76 )		{ 13  27  38  49  49  65 }["76""97"]

更新待排序序列第一个元素为有序序列
(    )		{ 13  27  38  49  49  65  76 }[ 97 ]

8.第八趟排序（直接将最后一个待排序元素更新为有序序列）

(    )		{ 13  27  38  49  49  65  76  97 }

9.结果

{ 13  27  38  49  49  65  76  97 }

算法效率

无论情况好坏，比较次数KCN都固定为 n(n-1)/2 ≈ n²/2;

  • 最好情况：待排序序列为顺序序列
    • 移动次数RMN：0；
  • 最坏情况：待排序序列为逆序序列
    • 移动次数RMN：3(n-1)；

所以时间复杂度为O(n²)；
下面的代码是我按照自己的思路进行编写的，算法效率能达到上述的程度。

空间复杂度为O(1)，交换时需要辅助空间。


算法特点

  • 不稳定排序，因为交换元素导致的不稳定；
  • 链式存储结构也适合；
  • 移动次数较少。

算法代码

#include<iostream>
#include<ctime>
using namespace std;

void SelectSort(int* array, int n)
{
	int recordMove = 0;
	int recordCompare = 0;

	for (int i = 1; i < n; i++)
	{
		//记录待排序序列暂记最小元素索引
		//初始化为待排序序列中的第一个元素的索引
		int minIndex = i;

		//寻找暂记最小元素
		for (int j = i + 1; j <= n; j++)
		{
			if (array[j] < array[minIndex]) {
				minIndex = j;
			}
			recordCompare++;
		}

		//如果暂记最小元素不为待排序序列中的第一个元素
		//即需要进行交换
		if (minIndex != i)
		{
			int min = array[minIndex];
			recordMove++;
			array[minIndex] = array[i];
			recordMove++;
			array[i] = min;
			recordMove++;
		}

		cout << "第" << i << "趟排序：" << endl;
		for (int j = 1; j <= 16; j++)
		{
			if (j == 1) cout << " [ ";
			if (j == i) cout << "< ";
			cout << array[j] << " ";
			if (j == i) cout << ">";
			if (j == i) cout << " ] ";
		}
		cout << endl << endl;
	}
	cout << "比较次数：" << recordCompare << endl;
	cout << "移动次数：" << recordMove << endl << endl;
}

int main()
{
	//生成随机16个正整数
	int positiveInteger[17];
	time_t t;
	srand((unsigned)time(&t));
	cout << "生成16个2位正整数：" << endl;
	for (int i = 1; i <= 16; i++)
	{
		positiveInteger[i] = (rand() % (100 - 10)) + 10;
		cout << positiveInteger[i] << " ";
	}
	cout << endl << endl;

	//选择排序
	SelectSort(positiveInteger, 16);

	cout << "排序后数组：" << endl;
	for (int i = 1; i <= 16; i++)
	{
		cout << positiveInteger[i] << " ";
	}
	cout << endl;


	system("pause");
	return 0;
}

运行结果


posted @ 2019-11-29 16:48  肥斯大只仔  阅读(294)  评论(0)  编辑  收藏  举报