七种排序算法的比较及每种排序的上机统计时间.docx
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七种排序算法的比较及每种排序的上机统计时间
Revisedat2pmonDecember25,2020.
七种排序算法的比较及每种排序的上机统计时间
《数据结构》课程设计报告
课题:
排序算法的比较
学院:
信息学院
班级:
2011级电子信息工程1班
小组成员:
韦志东(组长)
夏琪
完成时间:
2014-01-08
教师:
周铁
、设计任务书………………………………………………………………2
27
27
1、课程分析
、选题要求
利用随机函数产生30000个随机整数,利用直接插入排序、希尔排序,冒泡排序、直接选择排序、快速排序、堆排序、归并排序的排序方法进行排序,并统计每一种排序上机所花费的时间。
、选题的意义及背景
排序是计算机程序设计中的一种重要操作,它的功能是将一个数据元素的任意序列,重新排列成一个按关键词有序的序列。
此实验通过对各种内部排序算法进行比较,能使我们更好的掌握各种排序的基本思想,掌握各种排序方法的算法实现,掌握各种排序方法的优劣分析及花费的时间的计算,掌握各种排序方法所适应的不同场合。
通过该题目的设计,可以加深理解各种数据结构的逻辑结构、存储结构及相应上运算的实现,进一步理解和熟练掌握课本中所学的各种数据结构,学会如何把学到的知识用于解决实际问题,培养我们的动手能力。
、设计任务书
(1)定义结构体,头文件,定义数组范围,大小。
(2)依次描写七种排序的算法。
(3)描写产生随机函数的算法。
(4)描写菜单函数。
(5)描写主函数,调用七种排序的算法。
2、设计分析
原始资料
用户输入记录的个数30000个,数据由随机函数生成。
输出数据
产生的随机数分别用冒泡排序、直插排序、希尔排序、选择排序、快速排序、堆排序、归并排序这些排序方法进行排序,并统计每一种排序上机所花费的时间。
程序流程图
3.程序源代码及其注释
#include""
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#include<>
#include<>
#defineMAX60000/*记录数组的个数*/
#defineNUM30000/*实际输入数组的个数*/
typedefintdatatype;
typedefstruct/*定义记录为结构体类型*/
{intkey;/*记录的关键词域*/
datatypeother;/*记录的其它域*/
}rectype;
rectype*s1,s[MAX];/*s[MAX]存放原始随机数,*s1取出原始数据后进行排序*/
/*直接插入排序算法如下*/
voidinsert_sort(rectype*r)/*对数组r按递增顺序进行插入排序算法*/
{inti,j,n=NUM;/*NUM为实际输入的记录数,是一个常量*/
for(i=1;i<=n;i++)/*i {r[0]=r[i];/*r[0]为监视哨*/ j=i-1;/*依次插入记录r[1],……,r[NUM]*/ while(r[0].key {r[j+1]=r[j--];}/*将记录关键词大于r[i].key的记录后移*/ r[j+1]=r[0];/*将记录r[i]插入到有序表的合适的位置上*/ } }/*INSERTSORT*/ /*希尔排序算法如下*/ voidshell_sort(rectype*r)/*取增量为d(i+1)=[d(i)/2]的希尔排序的算法*/ {inti,n,jump,change,temp,m;/*change为交换标志,jump为增量步长*/ jump=NUM;n=NUM;/*NUM为顺序表的实际长度*/ while(jump>0) {jump=jump/2;/*取步长d(i+1)=[d(i)/2]*/ do{change=0;/*设置交换标志,change=0表示未交换*/ for(i=1;i<=n-jump;i++) {m=i+jump;/*取本趟的增量*/ if(r[i].key>r[m].key)/*记录交换*/ {temp=r[m].key; r[m].key=r[i].key; r[i].key=temp; change=1;/*change=1表示有交换*/ }/*if*/ }/*for*//*本趟排序完成*/ }while(change==1);/*当change=0时终止本趟排序*/ }/*while*//*当增量jump=1且change=0时终止算法*/ }/*SHELLSORT*/ /*冒泡排序算法如下*/ voidbubble_sort(rectype*r)/*从下往上扫描的冒泡排序*/ {inti,j,noswap=0,n=NUM;/*noswap为交换标志,NUM为实际输入记录数*/ rectypetemp; for(i=1;i {noswap=1;/*设置交换标志,noswap=1表示没有记录交换*/ for(j=n;j>=i;j--)/*从下往上扫描*/ if(r[j].key {=r[j-1].key; r[j-1].key=r[j].key; r[j].key=; noswap=0;/*当交换记录时,将交换标志置0即noswap=0*/ }/*if*/ if(noswap)break;/*若本趟排序中未发生记录交换,则终止排序*/ }/*for*//*终止排序算法*/ }/*BUBBLESORT*/ /*快速排序算法如下*/ intpartition(rectype*r,ints,intt)/*快速排序算法中的一趟划分函数*/ {inti,j;rectypetemp; i=s;j=t;temp=r[i];/*初始化,temp为基准记录*/ do{while((r[j].key>=&&(i j--;/*从右往左扫描,查找第一个关键词小于temp的记录*/ if(i while((r[i].key<=&&(i i++;/*从左往右扫描,查找第一个关键词大于temp的记录*/ if(i }while(i! =j);/*i=j,z则一次划分结束,基准记录达到其最终位置*/ r[i]=temp;/*最后将基准记录temp定位*/ return(i); }/*PARTITION*/ voidquick_sort(rectype*r,inths,intht)/*对r[hs]到r[ht]进行快速排序*/ {inti; if(hs {i=partition(r,hs,ht);/*对r[hs]到r[ht]进行一次划分*/ quick_sort(r,hs,i-1);/*递归处理左区间*/ quick_sort(r,i+1,ht);/*递归处理右区间*/ } }/*QUICK_SORT*/ /*直接选择排序算法如下*/ voidselect_sort(rectype*r) {rectypetemp; inti,j,k,n=NUM;/*NUM为实际输入记录数*/ for(i=1;i<=n;i++)/*做n-1趟选择排序*/ {k=i; for(j=i+1;j<=n;j++)/*在当前无序区中选择关键词最小的记录r[k]*/ if(r[j].key if(k! =i){temp=r[i];/*交换记录r[i]和r[k]*/ r[i]=r[k]; r[k]=temp; } }/*for*/ }/*SELECT_SORT*/ /*堆排序算法如下*/ voidshift(rectype*r,inti,intm)/*堆的筛选算法,在数组中r[i]到r[m]中,调整堆r[i]*/ {intj;rectypetemp; temp=r[i];j=2*i; while(j<=m)/*j<=m,r[2*i]是r[i]的左孩子*/ {if((j j++;/*j指向r[i]的左右孩子中关键词较大者*/ if {r[i]=r[j];/*将r[j]调到父亲结点的位置上*/ i=j;/*调整i和j的值,以便继续“筛”结点*/ j=2*i; } else j=m+2;/*调整完毕,退出循环*/ } r[i]=temp;/*将被筛选的结点放入正确的位置*/ }/*SHIFT*/ voidheap_sort(rectype*r)/*对数组r[1]到r[NUM]进行堆排序*/ {rectypetemp; inti,n; n=NUM;/*NUM为数组的实际长度*/ for(i=n/2;i>0;i--)/*建立初始堆*/ shift(r,i,n); for(i=n;i>1;i--)/*进行n-1趟筛选,交换,调整,完成堆排序*/ {temp=r[1];/*将堆顶元素r[1]与最后一个元素交换位置*/ r[1]=r[i]; r[i]=temp; shift(r,1,i-1);/*将数组元素r[1]到r[i-1]重新调整成为一个新堆*/ }/*FOR*/ }/*HEAP_SORT*/ /*二路归并排序算法如下*/ voidmerge(rectype*a,rectype*r,intlow,intmid,inthigh) {inti,j,k; i=low;j=mid+1;k=low; while((i<=mid)&&(j<=high))/*将两个相邻有序子表进行合并*/ {if(a[i].key<=a[j].key)/*取两表中小者复制*/ r[k++]=a[i++]; elser[k++]=a[j++]; } while(i<=mid)r[k++]=a[i++];/*复制第一个有序子表的剩余记录*/ while(j<=high)r[k++]=a[j++];/*复制第二个有序子表的剩余记录*/ }/*MERGE*/ voidmerge_pass(rectype*r,rectype*r1,intlength) {inti=1,j,n=NUM; while((i+2*length-1)<=n)/*归并若干长度为2*length的两个相邻有序子表*/ {merge(r,r1,i,i+length-1,i+2*length-1); i=i+2*length;/*i指向下一对有序子表的起点*/ } if(i+length-1 merge(r,r1,i,i+length-1,n);/*处理表长不足2*length的部分*/ elsefor(j=i;j<=n;j++) r1[j]=r[j];/*将最后一个子表复制到r1中*/ }/*MERGEPASS*/ voidmerge_sort(rectype*r) {intlength; rectyper1[MAX]; length=1;/*归并长度从1开始*/ while(length {merge_pass(r,r1,length);/*一趟归并,结果存放在r1中*/ length=2*length;/*归并后有序表的长度加倍*/ merge_pass(r1,r,length);/*再次归并,结果存放在r中*/ length=2*length;/*再次将归并后有序表的长度加倍*/ } }/*MERGE_SORT*/ voidcreat_randnum(int*a)/*产生给定个数和范围的随机整数函数*/ {inti; intrange=30000; srand(time(NULL)); for(i=1;i<=NUM;i++) {a[i]=rand();}/*调用rand生成随机整数*/ printf("\n\n\t\t\t排序前的原始随机整数为: \n\n\t"); for(i=1;i<=NUM;i++) {printf("%6d",a[i]);/*输出随机整数*/ if(i%10==0)printf("\n\t"); }printf("\n"); }/*CREAT_RANDNUM*/ voidcreate()/*产生NUM个随机整数并保存到记录数组s中*/ {intb[MAX]; intrange=30000,i; creat_randnum(b);/*调用随机整数生成函数,结果存放在数组b中*/ for(i=1;i<=NUM;i++) s[i].key=b[i];/*将随机整数存放到数组s中*/ s1=s;/*s1指向s,以便保存原始数据*/ }/*CREAT*/ voidprint_record(rectype*r)/*记录数组的输出函数*/ {inti; printf("\n\t\t\t排序后的有序随机整数: \n\n\t"); for(i=1;i<=NUM;i++) {printf("%6d",r[i].key); if(i%10==0)printf("\n\n\t"); }getchar();getchar(); }/*PRINTRECORD*/ intmenu_select()/*主菜单选择模块*/ {charc;intkk; system("cls");/*清屏函数*/ printf("内排序算法的比较----主控模块: \n\n"); printf("\t\t\t1.直接插入排序\n"); printf("\t\t\t2.希尔排序\n"); printf("\t\t\t3.冒泡排序\n"); printf("\t\t\t4.快速排序\n"); printf("\t\t\t5.直接选择排序\n"); printf("\t\t\t6.堆排序\n"); printf("\t\t\t7.二路归并排序\n"); printf("\t\t\t0.退出\n"); do{printf("\n\t\t\t请按数位0—7键选择功能: "); c=getchar();kk=c-48; }while((kk<0)||(kk)>7); return(kk); }/*MENU_SELECT*/ main()/*算法比较--主程序模块*/ { doubletime1,time2,time3,time4,time5,time6,time7; clock_tstart,finish; intkk; do{kk=menu_select();/*进入主菜单选择模块*/ if(kk! =0)create();/*建立记录数组*/ switch(kk) {case1: {start=clock(); insert_sort(s1); finish=clock(); time1=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC; printf("直接插入排序耗时%fseconds\n",time1);break;} case2: {start=clock(); shell_sort(s1); finish=clock(); time2=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC; printf("希尔排序耗时%fseconds\n",time2);break;} case3: {start=clock(); bubble_sort(s1); finish=clock(); time3=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC; printf("冒泡排序耗时%fseconds\n",time3);break;} case4: {start=clock(); quick_sort(s1,1,NUM); finish=clock(); time4=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC; printf("快速排序耗时%fseconds\n",time4);break;} case5: {start=clock(); select_sort(s1); finish=clock(); time5=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC; printf("直接选择排序耗时%fseconds\n",time5);break;} case6: {start=clock(); heap_sort(s1); finish=clock(); time6=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC; printf("堆排序耗时%fseconds\n",time6);break;} case7: {start=clock(); merge_sort(s1); finish=clock(); time7=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC; printf("二路归并排序耗时%fseconds\n",time7);break;} case0: {exit(0);} }print_record(s1); }while(kk! =0); }/*MAIN*/ 4.测试结果 (1)选择直接插入排序: 排序前本有30000个随机数显示,但数据太多,只截一部分图来表示。 排序后也一样,应有30000个排好顺序的整数显示,但由于数据过多,也只截一部分图来表示。 由图可知,直接插入排序耗时秒 (2)选择希尔排序: 排序前本有30000个随机数显示,但数据太多,只截一部分图来表示。 排序后也一样,应有30000个排好顺序的整数显示,但由于数据过多,也只截一部分图来表示。 由图可知,希尔排序耗时秒 (3)选择冒泡排序: 排序前本有30000个随机数显示,但数据太多,只截一部分图来表示。 排序后也一样,应有30000个排好顺序的整数显示,但由于数据过多,也只截一部分图来表示。 由图可知,冒泡排序耗时秒 (4)选择快速排序: 排序前本有30000个随机数显示,但数据太多,只截一部分图来表示。 排序后也一样,应有30000个排好顺序的整数显示,但由于数据过多,也只截一部分图来表示。 由图可知,快速排序耗时秒 (5)选择直接选择排序: 排序前本有30000个随机数显示,但数据太多,只截一部分图来表示。 排序后也一样,应有30000个排好顺序的整数显示,但由于数据过多,也只截一部分图来表示。 由图可知,直接选择排序耗时秒 (6)选择堆排序: 排序前本有30000个随机数显示,但数据太多,只截一部分图来表示。 排序后也一样,应有30000个排好顺序的整数显示,但由于数据过多,也只截一部分图来表示。 由图可知,堆排序耗时秒 (7)选择二路归并排序: 排序前本有30000个随机数显示,但数据太多,只截一部分图来表示。 排序后也一样,应有30000个排好顺序的整数显示,但由于数据过多,也只截一部分图来表示。 由图可知,二路归并排序耗时秒 5.总结与体会 总结: 由上述比较我们可以清楚地知道,各种排序算法之间的差别是很大的。 其中在这几种不同的算法中,快速排序是其中最快的一种排序算法,其它几种算法都有些差异,其中冒泡排序最慢。 通过实验设计,我们可以明确感受一些内部排序方法选择的规则,其主要是 (1)当n较小时: 可采用直接插入排序和直接选择排序; (2)当记录规模小时,可选择直接插入排序;当记录规模大时,可选择直接选择排序,因为直接插入排序所需的记录移动操作比直接选择排序多;(3)当记录基本有序时: 可采用直接插入排序和冒泡排序;(4)当n较大时: 可采用快速排序和归并排序。 体会: 通过此次的课程设计,让我从中得到了许多锻炼,也学到了许多东西。 通过对排序算法的比较的设计,我更加深入地理解了算法的思想与原理,也深切地感受各种算法的运行时间长短,体会到它的优缺点,并且充分锻炼了我的动手能力,把理论与实践相结合,把学到的知识用于解决实际的问题。 而且,通过设计的操作,让我体会到了一个人力量的渺小,充分感受到了团队协作的力量,大家一起相互讨论,积极沟通,相互学习,相互帮助,锻炼了我的协作能力。 还有对于编程来说,让我体会到了看书很重要,但实在在动手去做才是硬道理,特别在调试的时候,要有足够的耐心与亲自不断尝试的能力,还有编程一定养成良好的编程习惯,无论命名还是结构。 尽管还有很多地方有待提高和改正,不管怎样通过此次的课程设计我受益匪浅,积累了经验,锻炼了自己分析问题、解决问题的能力。 6.参考文献 [1]秦锋、袁志祥.数据结构(C语言版)例题详解与课程设计指导.北京: 清华大学出版社 [2]XX文库 [3].严蔚敏,吴伟民,《数据结构(C语言版)》,清华大学出版社,2009 7.小组人员分工 组长: 韦志东 组员: 夏琪 分工: 韦志东: 主程序、随机函数生产、报告撰写 夏琪: 直接插入排序,希尔排序,冒泡排序,直接选择,,快速排序,堆排序,归并排序,数据记录。
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- 排序 算法 比较 每种 上机 统计 时间