五種C語言非數值計算的常用經典排序演算法

華為雲開發者社群發表於2021-02-01
C語言排序演算法
摘要：排序是計算機的一種操作方法，其目的是將一組“無序”的記錄序列調整為“有序”的記錄序列，主要分為內部排序和外部排序。

排序

排序是計算機的一種操作方法，其目的是將一組“無序”的記錄序列調整為“有序”的記錄序列，主要分為內部排序和外部排序。

（1）氣泡排序（起泡排序）

氣泡排序（Bubble Sort），其基本思路是，對於一組要排序的元素列，依次比較相鄰的兩個數，將比較小的數放在前面，比較大的數放在後面，如此繼續，直到比較到最後的兩個數，將小數放在前面，大數放在後面，重複步驟，直至全部排序完成。

優點：穩定；

缺點：慢，每次只能移動相鄰兩個資料。

假設要對含有n個數的序列進行升序排列，氣泡排序演算法步驟是：

①從存放序列的陣列中的第一個元素開始到最後一個元素，依次對相鄰兩數進行比較，若前者大後者小，則交換兩數的位置；

②第①趟結束後，最大數就存放到陣列的最後一個元素裡了，然後從第一個元素開始到倒數第二個元素，依次對相鄰兩數進行比較，若前者大後者小，則交換兩數的位置；

③重複步驟①n-1趟，每趟比前一趟少比較一次，即可完成所求。

1、任意讀入10個整數，將其用冒泡法按升序排列後輸出。

#define n 10

void main()
{
 int a[n],i,j,t;
 for(i=0;i<n;i++)  
   scanf("%d",&a[i]);
 for(j=1;j<=n-1;j++) /*n個數處理n-1趟*/
  for(i=0;i<=n-1-j;i++)  /*每趟比前一趟少比較一次*/
   if(a[i]>a[i+1])
    {
     t=a[i];
     a[i]=a[i+1];
     a[i+1]=t;
     }
 for(i=0;i<n;i++) 
  printf("%d\n",a[i]);
}

2、傳統方法：

#include <stdio.h>

void main()
{   
  int a[11],i,j,t;
  printf("Input 10 numbers:\n");
  for(i=1;i<11;i++)
     {
     scanf("%d",&a[i]);
     }
  printf("\n");
    for(j=1;j<=9;j++)
       for(i=1;i<=10-j;i++)
          if(a[i]>a[i+1])
         {
          t=a[i]; 
          a[i]=a[i+1]; 
          a[i+1]=t;
         }
    printf("The sorted numbers:\n");
    for(i=1;i<11;i++)
printf("%d ",a[i]);
}

（2）選擇法排序

選擇排序法是每一趟在n-i+1（i=1，2，…n-1）個記錄中選取關鍵字最小的記錄作為有序序列中第i個記錄。基於此思想的演算法主要有簡單選擇排序、樹型選擇排序和堆排序。

優點：移動資料的次數已知（n-1次）；

缺點：比較次數多，不穩定。

選擇法排序是相對好理解的排序演算法。假設要對含有n個數的序列進行升序排列，演算法步驟是：

①從陣列存放的n個數中找出最小數的下標（演算法見下面的“求最值”），然後將最小數與第1個數交換位置；

②除第1個數以外，再從其餘n-1個數中找出最小數（即n個數中的次小數）的下標，將此數與第2個數交換位置；

③重複步驟①n-1趟，即可完成所求。

1、任意讀入10個整數，將其用選擇法按升序排列後輸出。

#include <stdio.h>
#define n 10

void main()
{
 int a[n],i,j,k,t;
 for(i=0;i<n;i++) scanf("%d",&a[i]);
 for(i=0;i<n-1;i++)         /*處理n-1趟*/
   {
    k = i;    
 /*總是假設此趟處理的第一個（即全部數的第i個）數最小，k記錄其下標*/
    for(j=i+1;j<n;j++)
      if(a[j] < a[k])  
        k = j;
    if (k != i)
     {
      t = a[i]; 
      a[i] = a[k]; 
      a[k] = t;
     }
   }
 for(i=0;i<n;i++)
  printf("%d\n",a[i]); 
}

2、傳統方法：

#include <stdio.h>

void main()
{   int a[11],i,j,k,x;
    printf("Input 10 numbers:\n");
    for(i=1;i<=10;i++)
       scanf("%d",&a[i]);
    printf("\n");
   for(i=1;i<=10;i++)
   {  k=i;
      for(j=i+1;j<=10;j++)
            if(a[j]<a[k])  k=j;
  if(i!=k)
      {  
       x=a[i]; 
       a[i]=a[k]; 
       a[k]=x;
      }
   }
    printf("The sorted numbers:\n");
    for(i=1;i<=10;i++)
printf("%d ",a[i]);
}

函式法：

#include <stdio.h>

void sort(int  array[],int  n)
{    int i,j,k,t;
     for(i=0;i<n-1;i++)
     {     k=i;
 for(j=i+1;j<n;j++)
    if(array[j]<array[k])   
      k=j;
 if(k!=i)
 {    t=array[i];
      array[i]=array[k];
      array[k]=t;
 }
     }
}

 
main()
{   int a[10],i;
     for(i=0;i<10;i++)
scanf("%d",&a[i]);
    sort(a,10);/*陣列名作函式引數*/
    for(i=0;i<10;i++)
         printf("%d ",a[i]);
    printf("\n");
}

（3）插入法排序

優點：穩定，快；

缺點：比較次數不一定，比較次數越多，插入點後的資料移動越多，特別是當資料總量龐大的時候，但用連結串列可以解決這個問題。

要想很好地掌握此演算法，先請了解“有序序列的插入演算法”，就是將某資料插入到一個有序序列後，該序列仍然有序。插入演算法參見下面的“陣列元素的插入”。

1、將任意讀入的整數x插入一升序數列後，數列仍按升序排列。

#include <stdio.h>
#define n 10

void main()
{ 
  int a[n]={-1,3,6,9,13,22,27,32,49},x,j,k; /*注意留一個空間給待插數*/
  scanf("%d",&x);
  if(x>a[n-2]) a[n-1]=x ; /*比最後一個數還大就往最後一個元素中存放*/
  else   /*查詢待插位置*/
  {j=0;
   while( j<=n-2 && x>a[j]) j++;
  /*從最後一個數開始直到待插位置上的數依次後移一位*/
   for(k=n-2; k>=j; k- -)  
    a[k+1]=a[k];
   a[j]=x; /*插入待插數*/ 
  }
   for(j=0;j<=n-1;j++)  printf("%d  ",a[j]);
}

插入法排序的要領就是每讀入一個數立即插入到最終存放的陣列中，每次插入都使得該陣列有序。

2、任意讀入10個整數，將其用插入法按降序排列後輸出。

#include <stdio.h>

#define n 10
main()
{int a[n],i,j,k,x;
 scanf("%d",&a[0]);  /*讀入第一個數，直接存到a[0]中*/
 for(j=1;j<n;j++)   /*將第2至第10個數一一有序插入到陣列a中*/
  {scanf("%d",&x);
   if(x<a[j-1]) a[j]=x; 
/*比原數列最後一個數還小就往最後一個元素之後存放新讀的數*/
   else   /*以下查詢待插位置*/
    {i=0;
     while(x<a[i]&&i<=j-1) i++;
     /*以下for迴圈從原最後一個數開始直到待插位置上的數依次後移一位*/
     for(k=j-1;k>=i;k--) a[k+1]=a[k];
     a[i]=x;    /*插入待插數*/
     }
  }
 for(i=0;i<n;i++)  
  printf("%d\n",a[i]);
}

（4）歸併排序

歸併排序（MERGE-SORT）是建立在歸併操作上的一種有效的排序演算法,該演算法是採用分治法（Divide and Conquer）的一個非常典型的應用。將已有序的子序列合併，得到完全有序的序列；即先使每個子序列有序，再使子序列段間有序。若將兩個有序表合併成一個有序表，稱為二路歸併，即將兩個都升序（或降序）排列的資料序列合併成一個仍按原序排列的序列。

1、有一個含有6個資料的升序序列和一個含有4個資料的升序序列，將二者合併成一個含有10個資料的升序序列。

#include <stdio.h>
#define m 6
#define n 4

void main()
{
 int a[m]={-3,6,19,26,68,100} ,b[n]={8,10,12,22};
 int i,j,k,c[m+n];
 i=j=k=0;
 while(i<m && j<n) /*將a、b陣列中的較小數依次存放到c陣列中*/
  {if(a[i]<b[j]){c[k]=a[i]; i++;}
   else {c[k]=b[j]; j++;}
   k++; }
 while(i>=m && j<n) /*若a中資料全部存放完畢，將b中餘下的數全部存放到c中*/
 {c[k]=b[j]; k++; j++;}
 while(j>=n && i<m) /*若b中資料全部存放完畢，將a中餘下的數全部存放到c中*/
 {c[k]=a[i]; k++; i++;}
 for(i=0;i<m+n;i++)  printf("%d  ",c[i]);
}

（5）字元陣列：（逆序排列）如：<ABCDE-EDCBA>

1、把輸入的字串逆序排列，如輸入ABCDE，輸出為EDCBA

#include <stdio.h>
#include<string.h>

void main()
{   char c,str[80];
    int i,j;
    printf("Enter a string:\n");
    scanf(“%s”,str); /* 也可以gets(str);puts(str); */
    for(i=0,j=strlen(str)-1;i<j;i++,j--)
    {
      c=str[i];
      str[i]=str[j];
      str[j]=c;
    }
    printf("\nReversed string:\n%s\n",str);
}
本文分享自華為雲社群《C語言非數值計算常用經典演算法之排序》，原文作者：Jack20。

 

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