C++实现各种排序算法类汇总

时间:2022-04-04 13:54:41

C++可实现各种排序算法类,比如直接插入排序、折半插入排序、Shell排序、归并排序、简单选择排序、基数排序、对data数组中的元素进行希尔排序、冒泡排序、递归实现、堆排序、用数组实现的基数排序等。

具体代码如下:

?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
#ifndef SORT_H
#define SORT_H
#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;
// 1.直接插入排序
template<class ElemType>
void InsertSort(ElemType data[], int n);
// 2.折半插入排序
template<class ElemType>
void BInsertSort(ElemType data[], int n);
// 3.Shell排序
// 对data数组中的元素进行希尔排序,n为该数组大小
// increments为增量序列,incrementsLength为增量序列的大小
template<class ElemType>
void ShellSort(ElemType data[],int increments[], int n, int incrementsLength);
// 1.Bubble Sort
template<class ElemType>
void BubbleSort(ElemType data[], int n);
// 2.快速排序
template<class ElemType>
void QuickSort(ElemType data[], int n);
//////////////////
// Merge Sort
//////////////////
// 归并排序
template<class ElemType>
void MergeSort(ElemType data[],int n);
template<class ElemType>
void MergeSortNonRecursion(ElemType data[], int n);
//////////////////
// Selection sort
//////////////////
// 简单选择排序
template<class ElemType>
void SelectionSort(ElemType data[], int n);
// 堆排序
template<class ElemType>
void HeapSort(ElemType data[],int n);
///////////////
// Radix Sort
///////////////
// 静态链表结点
const int DIGITS = 10;
const int RADIX = 10;
class SLList;
ostream& operator<<(ostream& os, SLList &s);// 由于VC++6.0使用using namespace std对于友元不支持
      // 故在类SLList之前做前向声明
      // 若使用其他C++编译器,这两句可删去
// 静态链表static linked list
// [0]:头结点
class SLList
{
 struct Node
 {
 int  key[DIGITS];
 int    info;
 int    next;
 };
  
 friend ostream& operator<<(ostream& os, SLList &s);
public:
 SLList():data(NULL),length(0){};
  ~SLList();
 void Arrange();      
  void Init(int arr[],int n);
  void RadixSort();
private:
  void Distribute( int[], int[], int);
 void Collection( int[], int[], int);
  Node *data;
  int length;
};
// 基数排序
void RadixSort(int data[], int n);
//void RadixSort(SLList&);
///////////////
// util
///////////////
template<class ElemType>
void Swap( ElemType& a, ElemType& b)
{
  ElemType c = a;
  a = b;
  b = c;
}
int init(int** data);
template<class ElemType>
void print(ElemType data[],int begin,int end);
// 直接插入排序,数组data用于存放待排序元素,n为待排序元素个数
template<class ElemType>
void InsertSort(ElemType data[], int n)
{
  ElemType tmp;
 int i, j;
  for (i = 1; i < n; i++){
    if ( data[i] > data[i - 1])
      continue;
    tmp = data[i];                // 保存待插入的元素
 data[i] = data[i - 1];
    for ( j = i - 1; j > 0 && data[j - 1] > tmp;j--)
      data[j] = data[j - 1];          // 元素后移
    data[j] = tmp;                // 插入到正确位置   
  }
}
// 折半插入排序
template<class ElemType>
void BInsertSort(ElemType data[], int n)
{
  ElemType tmp;
 int i, j, mid, low, high;
  for (i = 1; i < n; i++){
    tmp = data[i];           // 保存待插入的元素
    low = 0;
    high = i-1;
    while (low <= high){        // 在data[low..high]中折半查找有序插入的位置
      mid = (low + high) / 2;      // 折半
      if( tmp < data[mid])
        high = --mid;         // 插入点在低半区
      else
        low = ++mid;         // 插入点在高半区
    }
    for(j = i - 1; j >= low; j--)
      data[j + 1] = data[j];     // 元素后移
    data[low] = tmp;          // 插入到正确位置
  }
}
// 对data数组中的元素进行希尔排序,n为该数组大小
// increments为增量序列,incrementsLength为增量序列的大小
template<class ElemType>
void ShellSort(ElemType data[], int increments[], int n, int incrementsLength)
{
  int i, j, k;
  ElemType tmp;
 for ( k = 0; k < incrementsLength; k++){    // 进行以increments[k]为增量的排序
    for ( i = increments[k]; i < n; i++){
      tmp = data[i];
      for ( j = i; j >= increments[k]; j -= increments[k]){
        if ( tmp >= data[j - increments[k]])
          break;
        data[j] = data[j - increments[k]];
      }
      data[j] = tmp;
    }
  }
}
// 冒泡排序
template<class ElemType>
void BubbleSort(ElemType data[], int n)
{
 int lastSwapIndex = n - 1; // 用于记录最后一次交换的元素下标
 int i, j;
  for (i = lastSwapIndex; i > 0;i = lastSwapIndex)
 {
 lastSwapIndex = 0;
 for (j = 0; j < i; j++)
  if (data[j] > data[j + 1]){
        Swap( data[j],data[j + 1]);
  lastSwapIndex = j;
  }
 }
}
//快速排序
template<class ElemType>
int Partition(ElemType data[] , int low , int high) 
  ElemType pivot = data[low]; 
  while (low < high){ 
    while (low < high && data[high] >= pivot)
  high--; 
    data[low] = data[high];
    while (low < high && pivot >= data[low])
  low++; 
    data[high] = data[low]; 
  
  data[low] = pivot; 
  return low; 
template<class ElemType>
void QuickSort(ElemType data[], int begin, int end)
{
  if (begin >= end)
 return;
  int pivot = Partition(data , begin , end); 
  QuickSort(data , begin , pivot - 1); 
  QuickSort(data , pivot + 1, end);    
}
template<class ElemType>
void QuickSort(ElemType data[], int n)
{
  if (n < 2)
    return;
  QuickSort(data, 0, n-1);
}
// 将数组data中,[lptr...rptr-1][rptr...rightEnd]两部分的元素进行合并
// tmpArr为合并时的辅存空间
template<class ElemType>
void Merge(ElemType data[], ElemType tmpArr[], int lptr, int rptr, int rightEnd)
{
  int leftEnd = rptr - 1;
  int ptr,i;
  ptr = i = lptr;
  while (lptr <= leftEnd && rptr <= rightEnd)
    if (data[lptr] <= data[rptr])
      tmpArr[ptr++] = data[lptr++];
    else
      tmpArr[ptr++] = data[rptr++];
  while (lptr <= leftEnd)
    tmpArr[ptr++] = data[lptr++];
  while (rptr <= rightEnd)
    tmpArr[ptr++] = data[rptr++];
  for (;i <= rightEnd; i++)
    data[i] = tmpArr[i];
}
// 递归实现
// 将数组data中,[begin...end]的元素进行归并排序
template<class ElemType>
void MSort(ElemType data[], ElemType tmpArr[], int begin, int end)
{
  int middle;
  if ( begin >= end)
    return;
  middle = (begin + end)/2;   // 将data平分为[begin..middle]和[middle..end]
  MSort( data, tmpArr, begin, middle);  // 递归前半部分
  MSort( data, tmpArr, middle + 1, end);  // 递归后半部分
  Merge( data, tmpArr, begin, middle + 1, end); // 将data[begin..middle],data[middle..end]进行归并
}
template<class ElemType>
void MergeSort(ElemType data[], int n)
{
  ElemType* pArr = NULL;
  pArr = new ElemType[n];
  MSort( data,pArr,0,n-1);
  delete[] pArr;
}
// 非递归实现
template<class ElemType>
void MPass(ElemType data[], ElemType tmpArr[], int n, int mergeLength)
{
 int i = 0;
 while (i <= n - 2 * mergeLength){
 Merge(data, tmpArr, i, i + mergeLength, i + 2 * mergeLength - 1);
 i = i + 2 * mergeLength;
 }
 if (i + mergeLength < n)
 Merge(data, tmpArr, i, i + mergeLength, n - 1);
}
template<class ElemType>
void MergeSortNonRecursion(ElemType data[], int n)
{
 int mergeLength = 1;
 ElemType* pArr = NULL;
 pArr = new ElemType[n];
 while (mergeLength < n){
 MPass(data, pArr, n, mergeLength);
 mergeLength *= 2;
 }
 delete[] pArr;
}
// 简单选择排序
template<class ElemType>
void SelectionSort(ElemType data[], int n)
{
 int i, j, min;
  for (i = 0; i < n; i++){
    min = i;
    for (j = i + 1; j < n; j++){
      if ( data[j] < data[min])
        min = j;
    }
    Swap(data[i],data[min]);
  }
}
// 堆排序
// i为指定元素在数组中的下标
// 返回指定结点的左孩子在数组中的下标
inline int LeftChild(int i)
{
  return 2 * i + 1;
}
template<class ElemType>
void HeapAdjust(ElemType data[], int i, int n)
{
  ElemType tmp;
  int child;
  for ( tmp = data[i]; LeftChild(i) < n; i = child){
    child = LeftChild(i);
    if (child != n - 1 && data[child + 1] > data[child])  // 取较大的孩子结点
      child++;
    if (tmp < data[child])               
      data[i] = data[child];
    else
      break;
  }
  data[i] = tmp;
}
template<class ElemType>
void HeapSort(ElemType data[], int n)
{
  int i;
  for (i = n/2; i >= 0; i--)  // 建堆
    HeapAdjust(data, i, n);
  for (i = n - 1;i > 0; i--){  // 将堆的根结点与最后的一个叶结点交换,并进行调整
    Swap(data[0],data[i]);
    HeapAdjust(data, 0, i);
  }
}
// 用数组实现的基数排序
void RadixSort(int data[], int n)
{
  const int radix = 10;
  const int digits = 10;
  int i,j,k,factor;
 queue<int> queues[radix];
  for ( i = 0,factor = 1; i < digits;i++,factor *= radix){
    for ( j = 0;j < n; j++)
      queues[(data[j]/factor)%radix].push(data[j]);    // 分配
    for ( k = j = 0; j < radix; j++,k++)          // 收集
      while (!queues[j].empty()){
        data[k] = queues[j].front();
        queues[j].pop();
      }
  }
}
// 分配
void SLList::Distribute(int front[], int rear[], int digit)
{
 int i, index;
 for (i = 0; i < RADIX; i++)
 front[i] = 0;
 for (i = data[0].next; i > 0; i = data[i].next){
 index = data[i].key[digit];
 if (front[index] == 0)
  front[index] = i;
 else
  data[rear[index]].next = i;
 rear[index] = i;
 }
}
// 收集
void SLList::Collection(int front[], int rear[], int digit)
{
 int i, current;
 for (i = 0; front[i] == 0; i++); // 找到第一个非空子表
 data[0].next = front[i];  // 头结点指向第一个非空子表中第一个结点
 current = rear[i++];
 for (; i < RADIX; i++){
 if (front[i] == 0)
  continue;
 data[current].next = front[i]; // 链接两个非空子表
 current = rear[i];
 }
 data[current].next = 0;
}
// 用SLList实现的基数排序
void SLList::RadixSort()
{
  int i;
  int front[RADIX],rear[RADIX];
  // 从最低位优先依次对各关键字进行分配收集
  for ( i = 0; i < DIGITS; i++){
    Distribute(front, rear, i);
    Collection(front, rear, i);   
  }
}
SLList::~SLList()
{
  delete[] data;
  length = 0;
}
void SLList::Init(int arr[], int n)
{
  length = n + 1;
  if (data != NULL)
    delete[] data;
  data = new Node[n + 1];
  data[0].next = 1;
  for ( int i = 1; i <= n; i++){
    int value = data[i].info = arr[i - 1];
    for (int j = 0;j < 10; j++){
      data[i].key[j] = value % 10;// + '0';
      value /= 10;
    }
    data[i].next = i + 1;
  }
  data[n].next = 0;
}
// 根据链表中各结点的指针值调整元素位置,使得SLList中元素按关键字正序排列
void SLList::Arrange()
{
 int i, tmp;
 int current = data[0].next;   // current存放第一个元素的当前位置
 for (i = 1; i < length; i++){
 while (current < i)   // 找到第i个元素,并用current存放其在静态链表中当前位置
  current = data[current].next;
 tmp = data[current].next;
 if (current != i){
  Swap(data[current], data[i]); // 第i个元素调整到位
  data[i].next = current;  // 指向被移走的元素
 }
 current = tmp;    // 为找第i + 1个元素做准备
 }
}
ostream& operator<<(ostream& os,SLList &s)
{
 for (int i = 1; i < s.length; i++)
 cout << s.data[i].info << " ";
 os << endl;
 return os;
}
#endif