Algorithm Gossip: 选择、插入、气泡排序

说明

选择排序(Selection sort)、插入排序(Insertion sort)与气泡排序(Bubble sort)这三个排序方式是初学排序所必须知道的三个基本排序方式,它们由于速度不快而不实用(平均与最快的时间複杂度都是O(n2)),然而它们排序的方式确是值得观察与探讨的。

解法

将要排序的对象分作两部份,一个是已排序的,一个是未排序的,从后端未排序部份选择一个最小值,并放入前端已排序部份的最后一个,例如:

排序前:70 80 31 37 10 1 48 60 33 80

  1. [1] 80 31 37 10 70 48 60 33 80 选出最小值1
  2. [1 10] 31 37 80 70 48 60 33 80 选出最小值10
  3. [1 10 31] 37 80 70 48 60 33 80 选出最小值31
  4. [1 10 31 33] 80 70 48 60 37 80 ......
  5. [1 10 31 33 37] 70 48 60 80 80 ......
  6. [1 10 31 33 37 48] 70 60 80 80 ......
  7. [1 10 31 33 37 48 60] 70 80 80 ......
  8. [1 10 31 33 37 48 60 70] 80 80 ......
  9. [1 10 31 33 37 48 60 70 80] 80 ......

像是玩朴克一样,我们将牌分作两堆,每次从后面一堆的牌抽出最前端的牌,然后插入前面一堆牌的适当位置,例如:

排序前:92 77 67 8 6 84 55 85 43 67

  1. [77 92] 67 8 6 84 55 85 43 67 将77插入92前
  2. [67 77 92] 8 6 84 55 85 43 67 将67插入77前
  3. [8 67 77 92] 6 84 55 85 43 67 将8插入67前
  4. [6 8 67 77 92] 84 55 85 43 67 将6插入8前
  5. [6 8 67 77 84 92] 55 85 43 67 将84插入92前
  6. [6 8 55 67 77 84 92] 85 43 67 将55插入67前
  7. [6 8 55 67 77 84 85 92] 43 67 ......
  8. [6 8 43 55 67 77 84 85 92] 67 ......
  9. [6 8 43 55 67 67 77 84 85 92] ......

顾名思义,就是排序时,最大的元素会如同气泡一样移至右端,其利用比较相邻元素的方法,将大的元素交换至右端,所以大的元素会不断的往右移动,直到适当的位置为止。

基本的气泡排序法可以利用旗标的方式稍微减少一些比较的时间,当寻访完阵列后都没有发生任何的交换动作,表示排序已经完成,而无需再进行之后的迴圈比较与交换动作,例如:

排序前:95 27 90 49 80 58 6 9 18 50

  1. 27 90 49 80 58 6 9 18 50 [95] 95浮出
  2. 27 49 80 58 6 9 18 50 [90 95] 90浮出
  3. 27 49 58 6 9 18 50 [80 90 95] 80浮出
  4. 27 49 6 9 18 50 [58 80 90 95] ......
  5. 27 6 9 18 49 [50 58 80 90 95] ......
  6. 6 9 18 27 [49 50 58 80 90 95] ......
  7. 6 9 18 [27 49 50 58 80 90 95] 由于接下来不会再发生交换动作,排序提早结束

在上面的例子当中,还加入了一个观念,就是当进行至i与i+1时没有交换的动作,表示接下来的i+2至n已经排序完毕,这也增进了气泡排序的效率。

实作

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#define MAX 10
#define SWAP(x,y) {int t; t = x; x = y; y = t;}

void selsort(int[]); // 选择排序
void insort(int[]); // 插入排序
void bubsort(int[]); // 气泡排序

int main(void) {
int number[MAX] = {0};
int i;

srand(time(NULL));

printf("排序前:");
for(i = 0; i < MAX; i++) {
number[i] = rand() % 100;
printf("%d ", number[i]);
}

printf("\n请选择排序方式:\n");
printf("(1)选择排序\n(2)插入排序\n(3)气泡排序\n:");
scanf("%d", &i);

switch(i) {
case 1:
selsort(number); break;
case 2:
insort(number); break;
case 3:
bubsort(number); break;
default:
printf("选项错误(1..3)\n");
}

return 0;
}

void selsort(int number[]) {
int i, j, k, m;

for(i = 0; i < MAX-1; i++) {
m = i;
for(j = i+1; j < MAX; j++)
if(number[j] < number[m])
m = j;

if( i != m)
SWAP(number[i], number[m])

printf("第 %d 次排序:", i+1);
for(k = 0; k < MAX; k++)
printf("%d ", number[k]);
printf("\n");
}
}

void insort(int number[]) {
int i, j, k, tmp;

for(j = 1; j < MAX; j++) {
tmp = number[j];
i = j - 1;
while(tmp < number[i]) {
number[i+1] = number[i];
i--;
if(i == -1)
break;
}
number[i+1] = tmp;

printf("第 %d 次排序:", j);
for(k = 0; k < MAX; k++)
printf("%d ", number[k]);
printf("\n");
}
}

void bubsort(int number[]) {
int i, j, k, flag = 1;

for(i = 0; i < MAX-1 && flag == 1; i++) {
flag = 0;
for(j = 0; j < MAX-i-1; j++) {
if(number[j+1] < number[j]) {
SWAP(number[j+1], number[j]);
flag = 1;
}
}

printf("第 %d 次排序:", i+1);
for(k = 0; k < MAX; k++)
printf("%d ", number[k]);
printf("\n");
}
}

public class BasicSort {
public static void selectionSort(int[] number) {
for(int i = 0; i < number.length - 1; i++) {
int m = i;
for(int j = i + 1; j < number.length; j++)
if(number[j] < number[m])
m = j;

if(i != m)
swap(number, i, m);
}
}

public static void injectionSort(int[] number) {
for(int j = 1; j < number.length; j++) {
int tmp = number[j];
int i = j - 1;
while(tmp < number[i]) {
number[i+1] = number[i];
i--;
if(i == -1)
break;
}

number[i+1] = tmp;
}
}

public static void bubbleSort(int[] number) {
boolean flag = true;

for(int i = 0; i < number.length-1 && flag; i++) {
flag = false;
for(int j = 0; j < number.length-i-1; j++) {
if(number[j+1] < number[j]) {
swap(number, j+1, j);
flag = true;
}
}
}
}

private static void swap(int[] number, int i, int j) {
int t;
t = number[i];
number[i] = number[j];
number[j] = t;
}
}