八種排序算法效率比較
從剛上大一那會兒學的C語言開始，就已經接觸到了很多排序算法，但當時都只是爲了完成簡單的排序任務而已，並且所給的數據也不夠多，因此看不出各個排序算法間的執行效率的優劣。最近有個數據結構課程設計的實驗，是有關於排序算法之間的效率比較，我就順便把它放上來了，並對各個算法執行的效率時間作了柱形統計圖表。這次實驗主要測試了8種排序算法：插入排序、快速排序、冒泡排序、希爾排序、簡單選擇排序、堆排序、歸併排序、折半插入排序。 算法
總共創建了三種狀況，分別是平均排序、最好狀況排序、最壞狀況排序。第一種狀況就是使用了VC6.0下的隨機數生成函數輸出100000個隨機數進行排序；第二種狀況是100000個數自己已經按從小到大的順序排列了；第三種狀況就是100000個數所有是按逆序排列。代碼以下： windows
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
#include<windows.h>
#define MAX 100000
void InsSort(int r[],int length)
{
int i,j;
for (i=2;i<=length;i++)
{
r[0]=r[i];
j=i-1;
while(r[0]<r[j])
{
r[j+1]=r[j];
j=j-1;
}
r[j+1]=r[0];
}
} //插入排序
void swap(int &x,int &y)
{
int z;
z=x;
x=y;
y=z;
}
int median3(int a[],int left,int right)
{
int center=(left+right)/2;
if(a[left]>a[center])
swap(a[left],a[center]);
if(a[left]>a[right])
swap(a[left],a[right]);
if(a[center]>a[right])
swap(a[center],a[right]);
swap(a[center],a[right-1]);
return a[right-1];
}
void insertionsort(int a[],int n)
{
int j,p;
int tmp;
for(p=1;p<=n;p++)
{
tmp=a[p];
for(j=p;j>0&&a[j-1]>tmp;j--)
a[j]=a[j-1];
a[j]=tmp;
}
}
void qsort(int a[],int left,int right)
{
int i,j;
int pivot;
if(left+2<=right)
{
pivot=median3(a,left,right);
i=left;j=right-1;
for(;;)
{
while(a[++i]<pivot){}
while(a[--j]>pivot){}
if(i<j)
swap(a[i],a[j]);
else
break;
}
swap(a[i],a[right-1]);
qsort(a,left,i-1);
qsort(a,i+1,right);
}
else
insertionsort(a+left,right-left+1);
}
void quicksort(int a[],int n)
{
qsort(a,0,n-1);
} //快速排序
void BubbleSort(int r[],int length)
{
int i,j,temp;
for(j=length;j>0;j--)
for(i=0;i<j-1;i++)
if(r[i]>r[i+1])
{
temp=r[i];
r[i]=r[i+1];
r[i+1]=temp;
}
} //冒泡排序
void ShellInsert(int r[],int length,int delta)
{
int i,j;
for(i=1+delta;i<=length;i++)
if(r[i]<r[i-delta])
{
r[0]=r[i];
for(j=i-delta;j>0&&r[0]<r[j];j-=delta)
r[j+delta]=r[j];
r[j+delta]=r[0];
}
}
void ShellSort(int r[], int length, int delt[], int n)
{
int i;
for(i=0;i<=n-1;++i)
ShellInsert(r,length,delt[i]);
} //希爾排序
void SelectSort(int r[],int length)
{
int i,j,k;
int n;
int x;
n=length;
for (i=1;i<=n-1;++i)
{
k=i;
for(j=i+1;j<=n;++j)
if(r[j]<r[k])
k=j;
if( k!=i)
{
x= r[i];
r[i]=r[k];
r[k]=x;
}
}
} //簡單選擇排序
void sift(int r[],int k,int m)
{
int t;
int i,j;
int x;
int finished;
t= r[k];
x=r[k];
i=k;
j=2*i;
finished=FALSE;
while(j<=m&&!finished)
{
if(j<m&&r[j]< r[j+1])
j=j+1;
if(x>=r[j])
finished=TRUE;
else
{
r[i]=r[j];
i=j;
j=2*i;
}
}
r[i] =t;
}
void crt_heap(int r[], int length)
{
int i,n;
n=length;
for (i=n/2;i>=1;--i)
sift(r,i,n);
}
void HeapSort(int r[],int length)
{
int i,n;
int b;
crt_heap(r,length);
n= length;
for (i=n;i>=2;--i)
{
b=r[1];
r[1]=r[i];
r[i]=b;
sift(r,1,i-1);
}
} //堆排序
void merge(int a[],int tmparray[],int lpos,int rpos,int rightend)
{
int i,leftend,numelements,tmppos;
leftend=rpos-1;
tmppos=lpos;
numelements=rightend-lpos+1;
while(lpos<=leftend && rpos<=rightend)
if(a[lpos]<=a[rpos])
tmparray[tmppos++]=a[lpos++];
else
tmparray[tmppos++]=a[rpos++];
while(lpos<=leftend)
tmparray[tmppos++]=a[lpos++];
while(rpos<=rightend)
tmparray[tmppos++]=a[rpos++];
for(i=0;i<numelements;i++,rightend--)
a[rightend]=tmparray[rightend];
}
void msort(int a[],int tmparray[],int left,int right)
{
int center;
if(left<right)
{
center=(left+right)/2;
msort(a,tmparray,left,center);
msort(a,tmparray,center+1,right);
merge(a,tmparray,left,center+1,right);
}
}
void mergesort(int a[],int n)
{
int *tmparray;
tmparray=(int*)malloc(n*sizeof(int));
if(tmparray!=NULL)
{
msort(a,tmparray,0,n-1);
free(tmparray);
}
else
printf("no space for tmp array!");
} //歸併排序
void BInsertSort(int num[],int n)
{
int length=n;
int low,high,i,j,m;
for(i=2;i<=length;i++)
{
num[0]=num[i];
low=1;
high=i-1;
while(low<=high)
{
m=(low+high)/2;
if(num[0]<num[m])
high=m-1;
else
low=m+1;
}
for(j=i-1;j>=high+1;j--)
num[j+1]=num[j];
num[high+1]=num[0];
}
} //折半插入排序
void main()
{
long dwStart,dwStop,runtime;
int num[MAX],a[MAX],i,j;
dwStart=GetTickCount();
srand((unsigned)time(NULL));
for(i=0;i<MAX;i++)
num[i]=rand();
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("生成%d個隨機數運行了%ldms\n\n",MAX,runtime);
printf("********平均排序時間********\n");
for(i=0;i<MAX;i++)
a[i]=num[i];
dwStart=GetTickCount();
InsSort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用插入排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=0;i<MAX;i++)
a[i]=num[i];
dwStart=GetTickCount();
quicksort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用快速排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=0;i<MAX;i++)
a[i]=num[i];
dwStart=GetTickCount();
BubbleSort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用冒泡排序運行了%ldms\n",runtime);
int delt[10]={100,80,60,40,20,10,5,3,2,1};
for(i=0;i<MAX;i++)
a[i]=num[i];
dwStart=GetTickCount();
ShellSort(a,MAX,delt,10);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用希爾排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=0;i<MAX;i++)
a[i]=num[i];
dwStart=GetTickCount();
SelectSort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用簡單選擇排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=0;i<MAX;i++)
a[i]=num[i];
dwStart=GetTickCount();
HeapSort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用堆排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=0;i<MAX;i++)
a[i]=num[i];
dwStart=GetTickCount();
mergesort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用歸併排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=0;i<MAX;i++)
a[i]=num[i];
dwStart=GetTickCount();
BInsertSort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用折半插入排序運行了%ldms\n",runtime);
printf("****************************\n\n");
printf("******最好狀況排序時間******\n");
for(i=0;i<MAX;i++)
a[i]=i;
dwStart=GetTickCount();
InsSort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用插入排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=0;i<MAX;i++)
a[i]=i;
dwStart=GetTickCount();
quicksort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用快速排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=0;i<MAX;i++)
a[i]=i;
dwStart=GetTickCount();
BubbleSort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用冒泡排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=0;i<MAX;i++)
a[i]=i;
dwStart=GetTickCount();
ShellSort(a,MAX,delt,10);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用希爾排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=0;i<MAX;i++)
a[i]=i;
dwStart=GetTickCount();
SelectSort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用簡單選擇排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=0;i<MAX;i++)
a[i]=i;
dwStart=GetTickCount();
HeapSort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用堆排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=0;i<MAX;i++)
a[i]=i;
dwStart=GetTickCount();
mergesort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用歸併排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=0;i<MAX;i++)
a[i]=i;
dwStart=GetTickCount();
BInsertSort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用折半插入排序運行了%ldms\n",runtime);
printf("****************************\n\n");
printf("******最壞狀況排序時間******\n");
for(i=MAX-1,j=0;i<=0,j<MAX;i--,j++)
a[j]=i;
dwStart=GetTickCount();
InsSort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用插入排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=MAX-1,j=0;i<=0,j<MAX;i--,j++)
a[j]=i;
dwStart=GetTickCount();
quicksort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用快速排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=MAX-1,j=0;i<=0,j<MAX;i--,j++)
a[j]=i;
dwStart=GetTickCount();
BubbleSort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用冒泡排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=MAX-1,j=0;i<=0,j<MAX;i--,j++)
a[j]=i;
dwStart=GetTickCount();
ShellSort(a,MAX,delt,10);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用希爾排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=MAX-1,j=0;i<=0,j<MAX;i--,j++)
a[j]=i;
dwStart=GetTickCount();
SelectSort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用簡單選擇排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=MAX-1,j=0;i<=0,j<MAX;i--,j++)
a[j]=i;
dwStart=GetTickCount();
HeapSort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用堆排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=MAX-1,j=0;i<=0,j<MAX;i--,j++)
a[j]=i;
dwStart=GetTickCount();
mergesort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用歸併排序運行了%ldms\n",runtime);
for(i=MAX-1,j=0;i<=0,j<MAX;i--,j++)
a[j]=i;
dwStart=GetTickCount();
BInsertSort(a,MAX);
dwStop=GetTickCount();
runtime=dwStop-dwStart;
printf("使用折半插入排序運行了%ldms\n",runtime);
printf("****************************\n");
printf("\n排序測試完成！");
getchar();
}
執行程序是個很漫長的過程，像對於冒泡排序之類的算法，十萬個數的排序再好的機器也得算上半天，不過像快速排序之類的算法若是不給予足夠多的數據的話，執行時間永遠是0毫秒。因此爲了測算精確和公平比較，時間長我就慢慢熬吧。。。如下是我用執行完後的結果作成的統計圖表（ps：圖表中的數據是我在學院機器上的結果，在本身電腦上時間確定會少量多，就懶得再算一遍了，反正狀況都同樣~~）： 數據結構
結果很明顯，快速排序、堆排序、歸併排序這三種執行效率最快，不過話說回來，冒泡排序的代碼真的是最好寫的！看來算法高效代碼複雜與算法低下代碼簡單是個很辯證的關係啊！ 
函數
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