使用C語言實(shí)現(xiàn)12種排序方法

更新時間：2019年12月24日 10:47:02 作者：歐拉恒等式

這篇文章主要介紹了用C語言完整實(shí)現(xiàn)12種排序方法，本文給大家介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考借鑒價值,需要的朋友可以參考下

1.冒泡排序

思路：比較相鄰的兩個數(shù)字，如果前一個數(shù)字大，那么就交換兩個數(shù)字，直到有序。

時間復(fù)雜度O(n^2)，穩(wěn)定性：這是一種穩(wěn)定的算法。

代碼實(shí)現(xiàn)：

void bubble_sort(int arr[],size_t len){
 size_t i,j;
 for(i=0;i<len;i++){ 
 bool hasSwap = false; //優(yōu)化，判斷數(shù)組是否已經(jīng)有序，如果有序可以提前退出循環(huán)
 for(j=1;j<len-i;j++){ //這里j<len-i是因?yàn)樽詈竺娴目隙ǘ际亲畲蟮?，不需要多進(jìn)行比較
 if(arr[j-1]>arr[j]){ //如果前一個比后一個大
 swap(&arr[j-1],&arr[j]); //交換兩個數(shù)據(jù)
 hasSwap = true;
 } 
 }
 if(!hasSwap){
 break; 
 }
 }
}

2.插入排序

思路：把一個數(shù)字插入一個有序的序列中，使之仍然保持有序，如對于需要我們進(jìn)行排序的數(shù)組，我們可以使它的前i個數(shù)字有序，然后再插入i+1個數(shù)字，插入到合適的位置使之仍然保持有序，直到所有的數(shù)字有序。

時間復(fù)雜度：O(n^2) 穩(wěn)定性：穩(wěn)定的算法

代碼實(shí)現(xiàn)：

void insert_sort(int arr[],int len){
 int i,j;
 for(i=1;i<len;i++){
 int key = arr[i]; //記錄當(dāng)前需要插入的數(shù)據(jù)
 for(j= i-1;i>=0&&arr[j]>key;j--){ //找到插入的位置
 arr[j+1] = arr[j]; //把需要插入的元素后面的元素往后移
 }
 arr[j+1] = key; //插入該元素
 }
}

3.折半插入排序

思路：本質(zhì)上是插入排序，但是通過半分查找法找到插入的位置，讓效率稍微快一點(diǎn)。

時間復(fù)雜度：O(n^2)，穩(wěn)定性：穩(wěn)定的算法。

代碼實(shí)現(xiàn)：

void half_insert_sort(int arr[],int len){
 int i,j;
 for(i=1;i<len;i++){
 int key = arr[i];
 int left = 0;
 int right = i-1;
 while(left<=right){ //半分查找找到插入的位置
 int mid = (left+right)/2;
 if(key<arr[mid]){
 right = mid-1; 
 }else{
 left = mid+1; 
 } 
 }
 for(j=i-1;j>=left;j--){ //把后面的元素往后移
 arr[j+1]=arr[j]; 
 }
 arr[j+1] = key; //插入元素
 }
}

4.希爾排序

思路：先取一個正整數(shù)d1<n，把所有序號相隔d1的數(shù)組元素放一組，組內(nèi)進(jìn)行直接插入排序；然后取d2<d1，重復(fù)上述分組和排序操作；直至di=1，即所有記錄放進(jìn)一個組中排序?yàn)橹埂?/p>

時間復(fù)雜度：O(n^1.3) ,算法效率上大大提高。穩(wěn)定性：不穩(wěn)定的算法。

代碼實(shí)現(xiàn)：

void shell_sort(int arr[],int len){ //本質(zhì)上也是一種插入排序，避免了大量數(shù)據(jù)的移動，在每一組排序過后，每個數(shù)據(jù)已經(jīng)到了大致的位置。
 int i,j;
 int step=0;
 for(step = len/2;step>=1;step=step/2){ //分組 分為step組,對每組的元素進(jìn)行插入排序
 for(i=step;i<len;i++){
 int key = arr[i];
 for(j=i-step;j>=0&&arr[j]>key;j=j-step){
 arr[j+step] = arr[j]; 
 } 
 arr[j+step] = key;
 }
 }
}

5.選擇排序

思路：通過循環(huán)找到最大值所在的位置，然后把最大值和最后一個元素進(jìn)行交換，通過循環(huán)直到所有的數(shù)據(jù)有序。時間復(fù)雜度：O(n^2) 穩(wěn)定性：不穩(wěn)定的算法

代碼實(shí)現(xiàn)：

void select_sort(int arr[],size_t len){
 size_t i,j;
 for(i=0;i<len-1;i++){
 int max = 0; //最大值下標(biāo)
 for(j=1;j<len-i;j++){
 if(arr[max]<arr[j]){ //找到最大值的下標(biāo)
 max = j; 
 } 
 }
 if(max!=j-1){ 
 swap(&arr[max],&arr[j-1]); //把最后一個元素和最大值進(jìn)行交換
 }
 }
}

6.雞尾酒排序

思路：選擇排序的一種改進(jìn)，一次循環(huán)直接找到最大值和最小值的位置，把最大值和最后一個元素進(jìn)行交換，最小值和最前一個元素進(jìn)行交換，所以最外層的循環(huán)只需要執(zhí)行l(wèi)en/2次即可

時間復(fù)雜度：O(n^2) 穩(wěn)定性：不穩(wěn)定的算法

代碼實(shí)現(xiàn)：

void cocktail_sort(int arr[],size_t len){
 size_t i,j;
 for(i=0;i<len/2;i++){
 int max = i; //最大值下標(biāo)
 int min = i; //最小值下標(biāo)
 for(j=i+1;j<len-i;j++){
 if(arr[max]<arr[j]){ //找到最大值下標(biāo)
 max = j; 
 } 
 if(arr[min]>arr[j]){ //找到最小值下標(biāo)
 min = j; 
 }
 }
 if(max!=j-1){
 swap(&arr[max],&arr[j-1]); //交換最大值和未進(jìn)行排序的最后一個元素
 }
 if(min == j-1){ //如果最小值在未進(jìn)行排序的最后一個位置，那么經(jīng)過最大值的交換，已經(jīng)交換到了最大值所在的位置
 min = max; //把最小值的坐標(biāo)進(jìn)行改變
 }
 if(min!=i){
 swap(&arr[i],&arr[min]); //交換最小值和未進(jìn)行排序的最前的元素
 }
 }
}

7.堆排序

思路：把數(shù)據(jù)進(jìn)行大堆化，然后依次交換堆頂(最大值)和最后一個元素,在使堆頂重新大堆化，最后循環(huán)過后數(shù)組便有序。過程：

最大堆調(diào)整（Max Heapify）：將堆的末端子節(jié)點(diǎn)作調(diào)整，使得子節(jié)點(diǎn)永遠(yuǎn)小于父節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建最大堆（Build Max Heap）：將堆中的所有數(shù)據(jù)重新排序

堆排序（HeapSort）：移除位在第一個數(shù)據(jù)的根節(jié)點(diǎn)，并做最大堆調(diào)整的遞歸運(yùn)算時間復(fù)雜度：O(nlgn) 穩(wěn)定性：不穩(wěn)定的算法

實(shí)現(xiàn)代碼：

void re_heap(int arr[],size_t index,size_t len){
 size_t child = 2*index+1; //左節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)
 int key = arr[index]; //當(dāng)前節(jié)點(diǎn)值
 while(child<len){
 if(child+1<len&&arr[child]<arr[child+1]){ //如果右節(jié)點(diǎn)存在且右節(jié)點(diǎn)的值比左節(jié)點(diǎn)大，那就child記錄較大字節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)
 child++; 
 } 
 if(arr[child]>key){ //如果子節(jié)點(diǎn)的值比根節(jié)點(diǎn)的值大
 arr[index] = arr[child]; //改變根節(jié)點(diǎn)的值
 }else{
 break; 
 }
 index = child;
 child = 2*index+1;
 }
 arr[index] = key; //插入記錄好的值
}
void heap_sort(int arr[],size_t len){
 int i;
 for(i=len/2;i>=0;i--){
 re_heap(arr,i,len); //對第i個根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行大堆化
 }
 for(i=len-1;i>0;i--){
 swap(&arr[0],&arr[i]); //交換第一個和最后一個元素
 re_heap(arr,0,i); //對第一個元素進(jìn)行大堆化
 }
}

8.快速排序

思路：通過一趟排序?qū)⒁判虻臄?shù)據(jù)分割成獨(dú)立的兩部分，其中一部分的所有數(shù)據(jù)都比另外一部分的所有數(shù)據(jù)都要小，然后再按此方法對這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)分別進(jìn)行快速排序，整個排序過程可以遞歸進(jìn)行，以此達(dá)到整個數(shù)據(jù)變成有序序列。過程：

(1)首先設(shè)定一個分界值，通過該分界值將數(shù)組分成左右兩部分

(2)將大于或等于分界值的數(shù)據(jù)集中到數(shù)組右邊，小于分界值的數(shù)據(jù)集中到數(shù)組的左邊。此時，左邊部分中各元素都小于或等于分界值，而右邊部分中各元素都大于或等于分界值。

(3)然后，左邊和右邊的數(shù)據(jù)可以獨(dú)立排序。對于左側(cè)的數(shù)組數(shù)據(jù)，又可以取一個分界值，將該部分?jǐn)?shù)據(jù)分成左右兩部分，同樣在左邊放置較小值，右邊放置較大值。右側(cè)的數(shù)組數(shù)據(jù)也可以做類似處理。

(4)重復(fù)上述過程，可以看出，這是一個遞歸定義。通過遞歸將左側(cè)部分排好序后，再遞歸排好右側(cè)部分的順序。當(dāng)左、右兩個部分各數(shù)據(jù)排序完成后，整個數(shù)組的排序也就完成了。時間復(fù)雜度：O(nlog2n) 穩(wěn)定性：不穩(wěn)定的算法

代碼實(shí)現(xiàn)：

void quick_sort(int arr[],size_t left,size_t right){
 if(left>=right){ //如果只有一個元素，那就是有序的，返回
 return; 
 }
 int i = left;
 int j = right;
 int key = arr[left]; //基準(zhǔn)值
 while(i<j){ //找到基準(zhǔn)值的位置，使得基準(zhǔn)值右邊的元素都比基準(zhǔn)值大，左邊的元素都比基準(zhǔn)值小
 while(i<j&&arr[j]>=key){ //從右邊找一個比基準(zhǔn)值小的數(shù)，
 --j;
 }
 arr[i] = arr[j];//把這個值放到基準(zhǔn)值的位置處
 while(i<j&&arr[i]<=key){ //從左邊找一個比基準(zhǔn)值大的數(shù)
 ++i; 
 }
 arr[j] = arr[i]; //把這個元素放到j(luò)的位置
 }
 arr[i] = key;
 if(i-left>1) //元素個數(shù)至少兩個才進(jìn)行遞歸調(diào)用，這樣可以少一次遞歸
 quick_sort(arr,left,i-1); //對基準(zhǔn)值左邊的元素進(jìn)行排序
 if(right-i>1)
 quick_sort(arr,i+1,right); //對基準(zhǔn)值右邊的元素進(jìn)行排序
}

9.歸并排序

思路：對于兩個有序的子序列，可以把它們合并在一起，變成一個新的完全有序的序列，因此歸并排序和快排差不多，都是遞歸的進(jìn)行。時間復(fù)雜度：O(nlog2n) 穩(wěn)定性：穩(wěn)定的算法代碼實(shí)現(xiàn)：

void merge(int arr[],int left,int right){
 int i,j,k;
 int mid = (left+right)/2;
 int len = mid-left+1;
 int *temp = malloc(sizeof(arr[0])*len);
 for(i=0;i<len;i++){
 temp[i] = arr[i+left]; //把這個數(shù)組的所有元素都復(fù)制到臨時數(shù)組中
 }
 i=0,j=mid+1,k=left;
 while(i<len&&j<=right){
 if(temp[i]<arr[j]){ //把臨時數(shù)組的元素和 [mid+1,right]這部分的元素一個一個的進(jìn)行比較，如果誰小，那么arr里就存放誰的元素
 arr[k++] = temp[i++]; 
 }else{
 arr[k++] = arr[j++]; 
 }
 }
 while(i<len){ //如果temp這個數(shù)組的元素還沒有全部遍歷完，那就把temp后面的元素都復(fù)制到arr里面去，
 //因?yàn)閍rr[mid+1,right] 這部分的元素本來就是arr后面部分的有序的元素，所以如果arr[mid+1,right]這部分沒有遍歷完也沒關(guān)系的，
 arr[k++] = temp[i++]; 
 }
 free(temp);
}
void merge_sort(int arr[],int left,int right){
 if(left>=right){ //如果只有一個元素說明這個序列有序，那就返回
 return; 
 } 
 int mid = (left+right)/2; //對兩個有序的數(shù)組進(jìn)行排序，
 merge_sort(arr,left,mid); //對[left,mid]這個區(qū)間的元素進(jìn)行排序
 merge_sort(arr,mid+1,right); //對[mid+1,right]這個區(qū)間內(nèi)的元素進(jìn)行排序
 merge(arr,left,right); //這個序列的[left,mid]為有序的序列 [mid+1,right]也為有序的序列
}

10.計(jì)數(shù)排序

思路：這是一種基于比較的算法，我們用一個大數(shù)組來存放這些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在這個大數(shù)組中的表現(xiàn)形式是以這個大數(shù)組的下標(biāo)存在的，比如57,60,42這三個數(shù)字進(jìn)行排序，那么用一個大數(shù)組，這個大數(shù)組的arr[57] = 1,arr[60] = 1,arr[42] = 1，然后遍歷這個大數(shù)組就行了。

時間復(fù)雜度：O(n+k),其中這個k為數(shù)據(jù)的范圍，所以計(jì)數(shù)排序最適合數(shù)據(jù)比較集中的數(shù)組排序。穩(wěn)定性：穩(wěn)定的算法

代碼實(shí)現(xiàn)：

void count_sort(int arr[],size_t len){
 int max = arr[0]; //最大值
 int min = arr[0]; //最小值
 size_t i;
 for(i=0;i<len;i++){
 if(max<arr[i]){ //找到最大值
 max =arr[i]; 
 }
 if(min > arr[i]){ //找到最小值
 min = arr[i]; 
 }
 }
 int cnt = max-min+1; //范圍
 int *prr = malloc(cnt*sizeof(int)); //申請臨時空間
 for(i=0;i<cnt;i++){ //這個臨時數(shù)組全部置0
 prr[i] = 0; 
 }
 for(i=0;i<len;i++){ //對需要進(jìn)行排序的序列進(jìn)行遍歷
 prr[arr[i]-min]++; //讓下標(biāo)為(arr[i]-min)的臨時大數(shù)組的值+1
 }
 size_t j=0;
 for(i=0;i<cnt;i++){ //遍歷這個臨時數(shù)組
 while(prr[i]){ //如果這個數(shù)組下標(biāo)為i的值不等于0
 arr[j++] = i+min; //那就讓需要進(jìn)行排序的數(shù)組的值為i+min;
 --prr[i];
 } 
 }
 free(prr); //釋放掉申請的動態(tài)內(nèi)存
}

11.桶排序

思路：工作的原理是將數(shù)組分到有限數(shù)量的桶子里。每個桶子再個別排序（有可能再使用別的排序算法或是以遞歸方式繼續(xù)使用桶排序進(jìn)行排序）。桶排序是鴿巢排序的一種歸納結(jié)果。這是一種以消耗大量空間來換取高效率的排序方式，時間復(fù)雜度：O(N+C)，其中C=N*(logN-logM)，M為桶的數(shù)量。所以對于桶排序，桶的數(shù)量越多，其排序效率越高。穩(wěn)定性：穩(wěn)定的算法代碼實(shí)現(xiàn)：首先定義桶這個類型：

typedef struct Bucket{
 int vect[100]; //其實(shí)這里使用鏈表更好，但是我比較懶，就懶得用鏈表了
 int cnt; //當(dāng)前桶內(nèi)存放數(shù)據(jù)的個數(shù)
}

Bucket;

void bucket_sort(int arr[],size_t len){
 int min = arr[0];
 int max = arr[0];
 size_t i;
 for(i=0;i<len;i++){
 if(min>arr[i]){ //找到最小值
 min = arr[i]; 
 }
 if(max<arr[i]){ //找到最大值
 max = arr[i]; 
 }
 }
 int size = max-min+1;
 Bucket bucket[5] = {}; //其實(shí)桶可以動態(tài)規(guī)劃，但為了方便我這里直接分為5個桶
 for(i=0;i<len;i++){ //遍歷待排序的數(shù)組，把每個元素放到相應(yīng)的桶當(dāng)中，
 //比如[0,200]之間的元素放到下標(biāo)為0的桶中，[201,400]之間的元素放到下標(biāo)為1的桶中..
 //以此類推，直到放完所有的數(shù)據(jù)
 int index = (arr[i]-min)/(size/5); //用來判斷當(dāng)前元素arr[i]需要放到哪個桶當(dāng)中
 bucket[index].vect[bucket[index].cnt++] = arr[i];
 }
 size_t j=0,k=0;
 for(i=0;i<5;i++){ //對這五個桶進(jìn)行遍歷
 count_sort(bucket[i].vect,bucket[i].cnt); //首先對這個桶內(nèi)的元素進(jìn)行排序，
 //這里可以調(diào)用其他排序方法，也可以遞歸調(diào)用當(dāng)前排序方法，但是為了節(jié)省內(nèi)存，我選擇調(diào)用其他排序方法，
 for(j=0;j<bucket[i].cnt;j++){
 arr[k++] = bucket[i].vect[j]; //對排序好的桶進(jìn)行遍歷，并且把里面的元素復(fù)制到arr中去 
 }
 }
}

12.基數(shù)排序

基數(shù)排序（radix sort）屬于“分配式排序”（distribution sort），又稱“桶子法”（bucket sort）或bin sort，顧名思義，它是透過鍵值的部份資訊，將要排序的元素分配至某些“桶”中，藉以達(dá)到排序的作用，基數(shù)排序法是屬于穩(wěn)定性的排序，其時間復(fù)雜度為O (nlog®m)，其中r為所采取的基數(shù)，而m為堆數(shù)，在某些時候，基數(shù)排序法的效率高于其它的穩(wěn)定性排序法。

解法：

1.首先根據(jù)個位數(shù)的數(shù)值，在走訪數(shù)值時將它們分配至編號0到9的桶子中； 2.接下來將這些桶子中的數(shù)值重新串接起來，接著再進(jìn)行一次分配，這次是根據(jù)十位數(shù)來分配； 3.接下來將這些桶子中的數(shù)值重新串接起來，持續(xù)進(jìn)行以上的動作直至最高位數(shù)為止。時間復(fù)雜度：設(shè)待排序列為n個記錄，d個關(guān)鍵碼，關(guān)鍵碼的取值范圍為radix，則進(jìn)行鏈?zhǔn)交鶖?shù)排序的時間復(fù)雜度為O(d(n+radix))，其中，一趟分配時間復(fù)雜度為O(n)，一趟收集時間復(fù)雜度為O(radix)，共進(jìn)行d趟分配和收集。穩(wěn)定性：穩(wěn)定的算法；

代碼實(shí)現(xiàn)：

還是定義桶的類型：

typedef struct Bucket{
 int vect[100]; //同樣的可以用鏈表
 int cnt;
}Bucket;

void base_sort(int arr[],size_t len){
 size_t i;
 Bucket bucket[10] = {}; //十個桶
 int max = arr[0];
 for(i=0;i<len;i++){ //尋找最大值，就可以判斷最大值的位數(shù)
 if(arr[i]>max){
 max = arr[i]; 
 } 
 }
 size_t j,k;
 int num = 1; //用來獲得相應(yīng)位數(shù)上的數(shù)字的關(guān)鍵參數(shù)，
 //比如要獲得個位上的參數(shù)時num = 1;
 //獲得十位上的數(shù)字時num = 10;
 //以此類推
 do{
 for(i=0;i<len;i++){ //遍歷待排序的數(shù)組，把每個元素放入相應(yīng)的桶中
 //比如251，當(dāng)獲得個位上的數(shù)字時，251放到下標(biāo)為1的桶當(dāng)中
 //當(dāng)獲得十位上的數(shù)字時,251放到下標(biāo)為5的桶當(dāng)中
 //當(dāng)獲得百位上的數(shù)字時,251放到下標(biāo)為2的桶當(dāng)中
 //當(dāng)獲得千位上的數(shù)字時,251放到下標(biāo)為0的桶當(dāng)中
 //以此類推
 int index = arr[i]/num%10; //獲得相應(yīng)位數(shù)上的數(shù)字
 bucket[index].vect[bucket[index].cnt++] = arr[i]; //把這個數(shù)字放到相應(yīng)的桶中
 }
 k=0;
 for(i=0;i<10;i++){
 for(j=0;j<bucket[i].cnt;j++){
 arr[k++] = bucket[i].vect[j]; //把這些桶按順序依次遍歷，
 //把桶中的元素重新放回arr當(dāng)中
 } 
 bucket[i].cnt = 0; //記得讓桶中的cnt變?yōu)?,方便下一次存放
 }
 num*=10; //num*10
 }while(max/=10);//循環(huán)條件
}

總結(jié)

以上所述是小編給大家介紹的用C語言完整實(shí)現(xiàn)12種排序方法，希望對大家有所幫助，如果大家有任何疑問請給我留言，小編會及時回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對腳本之家網(wǎng)站的支持！如果你覺得本文對你有幫助，歡迎轉(zhuǎn)載，煩請注明出處，謝謝！

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