C 排序算法

冒泡排序

冒泡排序（英语：Bubble Sort）是一种简单的排序算法。它重复地走访过要排序的数列，一次比较两个元素，如果他们的顺序（如从大到小、首字母从A到Z）错误就把他们交换过来。

过程演示：

C 排序算法 - 图1

实例

  1. #include <stdio.h>
  2. void bubble_sort(int arr[], int len) {
  3.     int i, j, temp;
  4.     for (i = 0; i < len - 1; i++)
  5.         for (j = 0; j < len - 1 - i; j++)
  6.             if (arr[j] > arr[j + 1]) {
  7.                 temp = arr[j];
  8.                 arr[j] = arr[j + 1];
  9.                 arr[j + 1] = temp;
  10.             }
  11. }
  12. int main() {
  13.     int arr[] = { 22, 34, 3, 32, 82, 55, 89, 50, 37, 5, 64, 35, 9, 70 };
  14.     int len = (int) sizeof(arr) / sizeof(*arr);
  15.     bubble_sort(arr, len);
  16.     int i;
  17.     for (i = 0; i < len; i++)
  18.         printf("%d ", arr[i]);
  19.     return 0;
  20. }

选择排序

选择排序（Selection sort）是一种简单直观的排序算法。它的工作原理如下。首先在未排序序列中找到最小（大）元素，存放到排序序列的起始位置，然后，再从剩余未排序元素中继续寻找最小（大）元素，然后放到已排序序列的末尾。以此类推，直到所有元素均排序完毕。

过程演示：

C 排序算法 - 图2

C 排序算法 - 图3

实例

  1. void swap(int *a,int *b) //交換兩個變數
  2. {
  3.     int temp = *a;
  4.     *a = *b;
  5.     *b = temp;
  6. }
  7. void selection_sort(int arr[], int len) 
  8. {
  9.     int i,j;
  11.     for (i = 0 ; i < len - 1 ; i++) 
  12.     {
  13.         int min = i;
  14.         for (j = i + 1; j < len; j++)     //走訪未排序的元素
  15.             if (arr[j] < arr[min])    //找到目前最小值
  16.                 min = j;    //紀錄最小值
  17.            swap(&arr[min], &arr[i]);    //做交換
  18.     }
  19. }

插入排序

插入排序（英语：Insertion Sort）是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是通过构建有序序列，对于未排序数据，在已排序序列中从后向前扫描，找到相应位置并插入。插入排序在实现上，通常采用in-place排序（即只需用到 {\displaystyle O(1)} {\displaystyle O(1)}的额外空间的排序），因而在从后向前扫描过程中，需要反复把已排序元素逐步向后 挪位，为最新元素提供插入空间。

过程演示：

C 排序算法 - 图4

实例

  1. void insertion_sort(int arr[], int len){
  2.     int i,j,temp;
  3.     for (i=1;i<len;i++){
  4.             temp = arr[i];
  5.             for (j=i;j>0 && arr[j-1]>temp;j--)
  6.                     arr[j] = arr[j-1];
  7.             arr[j] = temp;
  8.     }
  9. }

希尔排序

希尔排序，也称递减增量排序算法，是插入排序的一种更高效的改进版本。希尔排序是非稳定排序算法。

希尔排序是基于插入排序的以下两点性质而提出改进方法的：

  • 插入排序在对几乎已经排好序的数据操作时，效率高，即可以达到线性排序的效率
  • 但插入排序一般来说是低效的，因为插入排序每次只能将数据移动一位

过程演示：

C 排序算法 - 图5

实例

  1. void shell_sort(int arr[], int len) {
  2.     int gap, i, j;
  3.     int temp;
  4.     for (gap = len >> 1; gap > 0; gap = gap >> 1)
  5.         for (i = gap; i < len; i++) {
  6.             temp = arr[i];
  7.             for (j = i - gap; j >= 0 && arr[j] > temp; j -= gap)
  8.                 arr[j + gap] = arr[j];
  9.             arr[j + gap] = temp;
  10.         }
  11. }

  1. 希尔排序缩小递增量必须是要互质的。

  2. 快速排序可以不用交换中间值。

以下代码仅供参考：

  1. void Array_Map_Sort_Quickly_Extrem(int* Array, int start, int end)
  2. {
  3.     int i=start;
  4.     int j=end;
  5.     int Pivot = Array[end];
  6.     if(start<end)
  7.     {
  8.         while(i<j)
  9.         {
  10.             while(i<j &&Array[i]<=Pivot) i++;//Note: i choose the end as parameter
  11.             Array[j]=Array[i];
  12.             while(i<j &&Array[j]>=Pivot) j--;
  13.             Array[i]=Array[j];
  14.         }
  15.         Array[i]= Pivot;
  16.     }
  17.     else 
  18.         return;
  19.     Array_Map_Sort_Quickly_Extrem(Array,start,i-1);
  20.     Array_Map_Sort_Quickly_Extrem(Array,i+1,end);
  21. }

归并排序

把数据分为两段，从两段中逐个选最小的元素移入新数据段的末尾。

可从上到下或从下到上进行。

过程演示：

C 排序算法 - 图6

C 排序算法 - 图7

迭代法

  1. int min(int x, int y) {
  2.     return x < y ? x : y;
  3. }
  4. void merge_sort(int arr[], int len) {
  5.     int* a = arr;
  6.     int* b = (int*) malloc(len * sizeof(int));
  7.     int seg, start;
  8.     for (seg = 1; seg < len; seg += seg) {
  9.         for (start = 0; start < len; start += seg + seg) {
  10.             int low = start, mid = min(start + seg, len), high = min(start + seg + seg, len);
  11.             int k = low;
  12.             int start1 = low, end1 = mid;
  13.             int start2 = mid, end2 = high;
  14.             while (start1 < end1 && start2 < end2)
  15.                 b[k++] = a[start1] < a[start2] ? a[start1++] : a[start2++];
  16.             while (start1 < end1)
  17.                 b[k++] = a[start1++];
  18.             while (start2 < end2)
  19.                 b[k++] = a[start2++];
  20.         }
  21.         int* temp = a;
  22.         a = b;
  23.         b = temp;
  24.     }
  25.     if (a != arr) {
  26.         int i;
  27.         for (i = 0; i < len; i++)
  28.             b[i] = a[i];
  29.         b = a;
  30.     }
  31.     free(b);
  32. }

递归法

  1. void merge_sort_recursive(int arr[], int reg[], int start, int end) {
  2.     if (start >= end)
  3.         return;
  4.     int len = end - start, mid = (len >> 1) + start;
  5.     int start1 = start, end1 = mid;
  6.     int start2 = mid + 1, end2 = end;
  7.     merge_sort_recursive(arr, reg, start1, end1);
  8.     merge_sort_recursive(arr, reg, start2, end2);
  9.     int k = start;
  10.     while (start1 <= end1 && start2 <= end2)
  11.         reg[k++] = arr[start1] < arr[start2] ? arr[start1++] : arr[start2++];
  12.     while (start1 <= end1)
  13.         reg[k++] = arr[start1++];
  14.     while (start2 <= end2)
  15.         reg[k++] = arr[start2++];
  16.     for (k = start; k <= end; k++)
  17.         arr[k] = reg[k];
  18. }
  19. void merge_sort(int arr[], const int len) {
  20.     int reg[len];
  21.     merge_sort_recursive(arr, reg, 0, len - 1);
  22. }

快速排序

在区间中随机挑选一个元素作基准，将小于基准的元素放在基准之前，大于基准的元素放在基准之后，再分别对小数区与大数区进行排序。

过程演示：

C 排序算法 - 图8

迭代法

  1. typedef struct _Range {
  2.     int start, end;
  3. } Range;
  4. Range new_Range(int s, int e) {
  5.     Range r;
  6.     r.start = s;
  7.     r.end = e;
  8.     return r;
  9. }
  10. void swap(int *x, int *y) {
  11.     int t = *x;
  12.     *x = *y;
  13.     *y = t;
  14. }
  15. void quick_sort(int arr[], const int len) {
  16.     if (len <= 0)
  17.         return; // 避免len等於負值時引發段錯誤（Segment Fault）
  18.     // r[]模擬列表,p為數量,r[p++]為push,r[--p]為pop且取得元素
  19.     Range r[len];
  20.     int p = 0;
  21.     r[p++] = new_Range(0, len - 1);
  22.     while (p) {
  23.         Range range = r[--p];
  24.         if (range.start >= range.end)
  25.             continue;
  26.         int mid = arr[(range.start + range.end) / 2]; // 選取中間點為基準點
  27.         int left = range.start, right = range.end;
  28.         do
  29.         {
  30.             while (arr[left] < mid) ++left;   // 檢測基準點左側是否符合要求
  31.             while (arr[right] > mid) --right; //檢測基準點右側是否符合要求
  33.             if (left <= right)
  34.             {
  35.                 swap(&arr[left],&arr[right]);
  36.                 left++;right--;               // 移動指針以繼續
  37.             }
  38.         } while (left <= right);
  40.         if (range.start < right) r[p++] = new_Range(range.start, right);
  41.         if (range.end > left) r[p++] = new_Range(left, range.end);
  42.     }
  43. }

递归法

  1. void swap(int *x, int *y) {
  2.     int t = *x;
  3.     *x = *y;
  4.     *y = t;
  5. }
  6. void quick_sort_recursive(int arr[], int start, int end) {
  7.     if (start >= end)
  8.         return;
  9.     int mid = arr[end];
  10.     int left = start, right = end - 1;
  11.     while (left < right) {
  12.         while (arr[left] < mid && left < right)
  13.             left++;
  14.         while (arr[right] >= mid && left < right)
  15.             right--;
  16.         swap(&arr[left], &arr[right]);
  17.     }
  18.     if (arr[left] >= arr[end])
  19.         swap(&arr[left], &arr[end]);
  20.     else
  21.         left++;
  22.     if (left)
  23.         quick_sort_recursive(arr, start, left - 1);
  24.     quick_sort_recursive(arr, left + 1, end);
  25. }
  26. void quick_sort(int arr[], int len) {
  27.     quick_sort_recursive(arr, 0, len - 1);
  28. }

猴子排序（Bogo Monkey）

  • 1、检查是否排好
  • 2、打乱
  • 3、检查是否排好
  • 4、打乱
  • 5、……

如果数据稍多的话，几乎是不可能排序好的。

实例

  1. #include <time.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <stdbool.h>
  5. void swap(int* x, int* y){
  6.   //交换
  7.   int temporary = *x;
  8.   *x = *y;
  9.   *y = temporary;
  10. }
  11. void randomize(int arr[], int length){
  12.   //打乱数组
  13.   for(int i = 0; i < length; i++){
  14.     srand(time(NULL)+i);//引入i增加随机性
  15.     if(rand()%2) swap(&arr[i],&arr[i+1]);
  16.   }
  17.   //printf("!");//记录打乱次数
  18. }
  19. bool isSorted(int arr[], int length){
  20.   for(int i = 0; i < length; i++) if(arr[i]>=arr[i+1]) return false;
  21.   return true;
  22. }
  23. void bogoSort(int array[], int length){
  24.   while(!isSorted(array,length)) randomize(array,length);
  25. }

Demo：

  1. #include <stdio.h>
  2. int main(){
  3.   int numbers[] = {20,9,233,0,-23,7,1,666,4,345,63,45,2,45};
  4.   bogoSort(numbers,14);//也可以改成更小
  5.   for(int i = 0; i < 14; i++) printf("%d,",numbers[i]);
  6. }