C++的排序

C++十大排序

• 1.快速排序
• 2.插入排序
• 3.选择排序
• 4.冒泡排序
• 5.归并排序
• 6.堆排序
• 7.计数排序
• 8.桶排序
• 9.基数排序
• 10.希尔排序
• 11.补充

---

稳定排序（排序前后两个相等的数的相对位置不变）：归并排序、冒泡排序、插入排序、基数排序；
非稳定排序：希尔排序、堆排序、选择排序、快速排序。

1.快速排序

快速排序采用分而治之的思想，选取基准值，第一次排序之后将小于等于基准值的值都放在该值前面，将大于等于基准值的值都放在该值后面，接下来对前面的和后面的再次进行快速排序，分而治之直到无法再“分”为止。

#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

int Paritition(vector<int> &array, int left, int right) {
	int tmp = array[left];//选取一个基准值

	while (left < right) {
		while (left < right && tmp <= array[right]) {
			right--;//基准值小于等于后面的值 右指针左移
		}
		if (left < right) array[left++] = array[right]; //将后边小于基准值的值放在前面，左指针右移

		while (left < right && tmp > array[left]) {
			left++;//基准值大于后面的值 左指针右移
		}
		if (left < right) array[right--] = array[left];//将前面大于等于基准值的值放在后面，右指针左移
	}

	array[left] = tmp;//左右指针重合 存入基准值
	return left; //此时left的前面值都小于基准值， 后面的值都大于基准值
}

void QuickSort(vector<int> &array, int &left, int &right) {
	if (left >= right) return;

	//分而治之
	int mid = Paritition(array, left, right);//分为两部分
	QuickSort(array, left, mid - 1);//前半部分
	QuickSort(array, mid + 1, right);//后半部分
}

int main(int argc, char* argv[]) {
	vector<int> array;
	int num;

	while (1) {
		cin >> num;
		array.push_back(num);

		if (cin.get() == '\n') break;
	}

	int left = 0, right = array.size() - 1;
	QuickSort(array, left, right);//快速排序函数

	for (int i = 0; i < array.size(); i++) {
		cout << array[i] << " ";
	}

	return -1;
}

//优化快速排序

以下代码有三种快速排序的写法，参考STL标准模板库对快速排序进行优化

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

/**************************快排一********************/
void QuickSort_v1(vector<int> &array, int l, int r) {
	if (l >= r) return;

	int x = l, y = r, z = array[l];
	while (x < y) {
		while (x < y && array[y] >= z) --y;
		if (x < y) array[x++] = array[y];
		while (x < y && array[x] <= z) ++x;
		if (x < y) array[y--] = array[x];
	}
	array[x] = z;

	QuickSort_v1(array, x + 1, r);
	QuickSort_v1(array, l, x - 1);
	return;
}


/**************************优化——快排二********************/
#define Swap(a, b) { \
auto _a = a; \
a = b, b = _a; \
}

//三点取中法
inline int midian(int a, int b, int c) {
	if (a > b) Swap(a, b);
	if (a > c) Swap(a, c);
	if (b > c) Swap(b, c);
	return b;
}

void QuickSort_v2(vector<int> &array, int l, int r) {
	while (l < r) {
		int x = l, y = r, z = midian(array[l], array[(l + r) >> 1], array[r]);
		//无监督
		do {
			while (array[x] < z) ++x;
			while (array[y] > z) --y;
			if (x <= y) {
				Swap(array[x], array[y]);
				++x, --y;
			}
		} while (x <= y);

		QuickSort_v2(array, x, r);
		r = y; //单边递归
	}
	return;
}


/**************************优化——快排三********************/

const int threshold = 16;

void _QuickSort_v3(vector<int> &arr, int l, int r) {
	while (r - l > threshold) {
		int x = l, y = r, z = midian(arr[l], arr[(l + r) >> 1], arr[r]);
		//无监督
		do {
			while (arr[x] < z) ++x;
			while (arr[y] > z) --y;
			if (x <= y) {
				Swap(arr[x], arr[y]);
				++x, --y;
			}
		} while (x <= y);

		_QuickSort_v3(arr, x, r);
		r = y;//单边递归
	}
	return;
}

void InsertSort(vector<int> &arr, int l, int r) {
	int ind = l;
	for (int i = l + 1; i <= r; i++) {
		if (arr[ind] > arr[i]) ind = i;
	}
	Swap(arr[ind], arr[l]);

	for (int i = l + 2; i <= r; i++) {
		int j = i;
		while (arr[j] < arr[j - 1]) {
			Swap(arr[j], arr[j - 1]);
			--j;
		}
	}
	return;
}

void QuickSort_v3(vector<int> &arr, int l, int r) {
	_QuickSort_v3(arr, l, r);//数组大小超过16使用快速排序
	InsertSort(arr, l, r); //小于16用插入排序
	return;
}


int main(int argc, char* argv[]) {
	vector<int> array;
	int num;

	while (1) {
		cin >> num;
		array.push_back(num);

		if (cin.get() == '\n') break;
	}

	//QuickSort_v1(array, 0, array.size() - 1);
	//QuickSort_v2(array, 0, array.size() - 1);
	QuickSort_v3(array, 0, array.size() - 1);

	for (int i = 0; i < array.size(); i++) {
		cout << array[i] << " ";
	}

	return -1;
}

2.插入排序

在快速排序中第三个版本已使用。

先选定第一个值为最小（第一个for循环），之后从下一位开始进行比较填充，每次保证从第一位到第j位有序（for循环中使用while循环）

void InsertSort(vector<int> &arr, int l, int r) {
	int ind = l;
	for (int i = l + 1; i <= r; i++) {
		if (arr[ind] > arr[i]) ind = i;
	}
	Swap(arr[ind], arr[l]);

	for (int i = l + 2; i <= r; i++) {
		int j = i;
		while (arr[j] < arr[j - 1]) {
			Swap(arr[j], arr[j - 1]);
			--j;
		}
	}
	return;
}

3.选择排序

每次选中一个值，将该值与后面所有的值进行比较，最终给每个位置选择当前元素最小的值。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

void Swap(vector<int>& array, int i, int j) {
	int tmp = array[i];
	array[i] = array[j];
	array[j] = tmp;
}

void SelectSort(vector<int>& array) {
	if (array.size() < 2) return;

	for (int i = 0; i < array.size() - 1; i++) {
		int minCur = i;
		for (int j = i + 1; j < array.size(); j++) {
			minCur = array[j] < array[minCur] ? j : minCur;
		}
		Swap(array, i, minCur);
	}
}

int main(int argc, char* argv[]) {
	vector<int> array;
	int num;

	while (1) {
		cin >> num;
		array.push_back(num);

		if (cin.get() == '\n') break;
	}

	SelectSort(array);

	for (int i = 0; i < array.size(); i++) {
		cout << array[i] << " ";
	}

	return -1;
}

4.冒泡排序

重复地遍历要排序的数列，每次比较相邻的两个元素，如果它们的顺序错误就把它们交换过来，这样在最后的元素应该会是最大的数。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

void Swap(vector<int>& array, int i, int j) {
	array[i] = array[i] ^ array[j];
	array[j] = array[i] ^ array[j];
	array[i] = array[i] ^ array[j];
	/*int tmp = array[i];
	array[i] = array[j];
	array[j] = tmp;*/
}

void BubbleSort(vector<int>& array) {
	if (array.size() < 2) return;

	for (int i = 0; i < array.size(); i++) {
		for (int j = 0; j < array.size() - i - 1; j++) {
			if (array[j] > array[j + 1]) {
				Swap(array, j, j + 1); //在最后的元素应该会是最大的数
			}
		}
		
	}
}

int main(int argc, char* argv[]) {
	vector<int> array;
	int num;

	while (1) {
		cin >> num;
		array.push_back(num);

		if (cin.get() == '\n') break;
	}

	BubbleSort(array);

	for (int i = 0; i < array.size(); i++) {
		cout << array[i] << " ";
	}

	return -1;
}

5.归并排序

求出中点位置，先让左侧排好序，再让右边排好序（分而治之），之后往一块整合（类似合并两个有序数组），整合到辅助数组里，之后再整体放回原数组。

可以用来解决“逆序对”系列问题。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

void merge(vector<int>& arr, int l, int mid, int r) {
	vector<int> help;// (r - l + 1, 0); //每次递归都会是一个新的help数组

	int p1 = l;
	int p2 = mid + 1;

	int tmp = 0;
	while (p1 <= mid || p2 <= r) {
		if (p1 == mid + 1) {//越界
			tmp = arr[p2++];
		}
		else if (p2 == r + 1) { //越界
			tmp = arr[p1++];
		}
		else if(arr[p1] < arr[p2]){
			tmp = arr[p1++];
		}
		else{
			tmp = arr[p2++];
		}

		help.push_back(tmp);
	}

	for (int i = 0; i < help.size(); i++) {
		arr[l + i] = help[i];//但是arr不是新的数组
	}

	return;
}

void MergeSort(vector<int>& arr, int l, int r) {
	if (l == r) return;

	int mid = l + ((r - l) >> 1);

	MergeSort(arr, l, mid);
	MergeSort(arr, mid + 1, r);
	merge(arr, l, mid, r);
	return;
}

int main(int argc, char* argv[]) {
	vector<int> arr;
	int num;

	while (1) {
		cin >> num;
		arr.push_back(num);

		if (cin.get() == '\n') break;
	}

	MergeSort(arr, 0, arr.size() - 1);

	for (int i = 0; i < arr.size(); i++) {
		cout << arr[i] << " ";
	}

	return -1;
}

6.堆排序

堆是一个近似完全二叉树的结构，并同时满足堆的性质：即子结点的键值或索引总是小于（小根堆）（或者大于（大根堆））它的父节点。

先将第一位变为整个数组大根堆的父节点，再将最后一个数和第一个数做交换，这样可确保最大值在最后一位，然后整个数组大小（heapSize）减一（将最后一位“断联”）。

之后从第0位往下判断是否还能下移，以确保前面的数组依然为大根堆，之后交换，heapSize减一。

知道heapSize为0，排序完成。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

//左子节点：2*i+1
//右子节点：2*i+2
//父节点：(i-1)/2

#define Swap(a, b) { \
auto _a = a; \
a = b, b = _a; \
}

//堆插入
void HeapInsert(vector<int>& arr, int idx) {
	while (arr[idx] > arr[(idx - 1) / 2]) { //当前值和父的值作比较 看能否上移
		Swap(arr[idx], arr[(idx - 1) / 2]);
		idx = (idx - 1) / 2; //
	}
}

//某个数在idx位置(看作父位置)，能否往下移动
void HeapIfy(vector<int>& arr, int idx, int heapSize) {
	int left = idx * 2 + 1; //左孩子的下标
	while (left < heapSize) { //下方还有孩子
		//两个孩子中，谁的值大，把下标给largest
		int largest = left + 1 < heapSize && arr[left + 1] > arr[left] ? left + 1 : left;
		//父和较大的孩子之间，谁的值大，把下标给largest
		largest = arr[largest] > arr[idx] ? largest : idx;

		if (largest == idx) { //最大值就是当前父位置
			break;
		}

		Swap(arr[largest], arr[idx]); 
		idx = largest; //索引值的变化
		left = idx * 2 + 1; //
	}
}

void HeapSort(vector<int>& arr) {
	if (arr.empty() || arr.size() < 2) {
		return;
	}

	//把数组整体范围全变成大根堆
	/*for (int i = 0; i < arr.size(); i++) {
		HeapInsert(arr, i); //O(logN) //这时只能保证首位值最大，其他只是满足大根堆 不一定有序
	}*/
	//效率更高的办法
	for (int i = arr.size() - 1; i >= 0; i--) {
		HeapIfy(arr, i, arr.size());
	}

	int heapSize = arr.size();
	Swap(arr[0], arr[heapSize - 1]); //首位和最后一位做交换，此时最后一位必是最大值
	heapSize--; //最后一位“断联”
	
	while (heapSize > 0) {
		HeapIfy(arr, 0, heapSize);
		Swap(arr[0], arr[heapSize - 1]);
		heapSize--; //最后一位“断联”
	}
}

int main(int argc, char* argv[]) {
	vector<int> arr;
	int num;

	while (1) {
		cin >> num;
		arr.push_back(num);

		if (cin.get() == '\n') break;
	}

	HeapSort(arr);

	for (int i = 0; i < arr.size(); i++) {
		cout << arr[i] << " ";
	}

	return -1;
}

7.计数排序

计数排序 的核心在于将输入的数据值转化为键存储在额外开辟的数组空间中。

作为一种线性时间复杂度的排序，计数排序要求输入的数据必须是有确定范围的整数。

8.桶排序

桶排序 是计数排序的升级版。

它利用了函数的映射关系，高效与否的关键就在于这个映射函数的确定。

假设输入数据服从均匀分布，将数据分到有限数量的桶里，每个桶再分别排序。

9.基数排序

对每一位进行排序，从最低位开始排序。

按照低位先排序，然后收集（根据count前缀和数组存入help数组）；再按照高位排序，然后再收集；依次类推，直到最高位。

（也可认为是优先级低的先排序，高优先级的再排序）。

即先根据个位数字排序，再根据十位数字排序，再根据百位数字排序…

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

//最大值有几个十进制位
int maxbits(vector<int>& arr) {
	int _max = INT_MIN;
	for (int i = 0; i < arr.size(); i++) {
		_max = max(_max, arr[i]);
	}

	int res = 0;
	while (_max |= 0) {
		res++;
		_max /= 10;
	}

	return res;
}

//将x的第d位的数字拿出来
int GetDigit(int x, int d) {
	for (int i = 1; i < d; i++) { //d >= 1
		x /= 10;		
	}
	x %= 10;
	return x;
}

//在left到right范围内排序
void _RadixSort(vector<int>& arr, const int left, const int right, int digit) {
	const int radix = 10; //"前缀和"的最大空间
	vector<int> help(right - left + 1);

	int i = 0;
	
	for (int d = 1; d <= digit; d++) { //入桶出桶的次数 //最大值的位数 //排序的次数
		int count[radix] = { 0 }; // //count[1]表示当前位是0和1的数字有多少个(小于等于1的个数)
		
		for (i = left; i <= right; i++) {
			int j = GetDigit(arr[i], d); //依次拿出arr数组中每个数 第d位上 值为j的总个数 （d = 1是个位）
			count[j]++; //个数放进count数组中
		}

		for (i = 1; i < radix; i++) {
			count[i] += count[i - 1]; //处理成前缀和
		}
		
		//数组从右往左遍历
		for (i = right; i >= left; i--) {
			int j = GetDigit(arr[i], d); //拿出位数		
			help[count[j] - 1] = arr[i]; //填进辅助数组			
			count[j]--; //前缀和那个词频（个数） 减一
		}
		
		//维护本次出桶的结果再放回arr
		for (i = left; i <= right; i++) { //
			arr[i] = help[i]; //
		}
	}
}

void RadixSort(vector<int>& arr) {
	if (arr.empty() || arr.size() < 2) {
		return;
	}
	_RadixSort(arr, 0, arr.size() - 1, maxbits(arr));
}


int main(int argc, char* argv[]) {
	vector<int> arr;
	int num;

	while (1) {
		cin >> num;
		arr.push_back(num);

		if (cin.get() == '\n') break;
	}

	RadixSort(arr);

	for (int i = 0; i < arr.size(); i++) {
		cout << arr[i] << " ";
	}

	return -1;
}

10.希尔排序

希尔排序也是一种插入排序，它是简单插入排序经过改进之后的一个更高效的版本。

11.补充

【注】可以使用系统自带的sort函数与自己写的排序函数进行对数器比对，以测试自己写的是否正确。

产生随机数进行测试并检查排序函数：

#define MAX_N 100
vector<int> arr;
void GetRandData(int n) {
	for (int i = 0; i < n; i++) {
		arr.push_back(rand() % n);
	}
	return;
}

int Check(vector<int> &arr, int n) {
	for (int i = 1; i < n; i++) {
		if (arr[i] < arr[i - 1]) return 0;
	}
	return 1;
}

int main(int argc, char* argv[]) {
	vector<int> array;
	srand(time(0));
	GetRandData(MAX_N);
	array = arr;
	
	if (Check(array, MAX_N) == 1) {
		cout << "排序正确" << endl;
	}
	
	return -1;
}

超详细十大经典排序算法总结（java代码）c或者cpp的也可以明白