欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识!
您现在的位置是: 首页  >  IT编程

C#七大经典排序算法系列(上)

程序员文章站 2023-11-30 09:48:34
今天是开篇,得要吹一下算法,算法就好比程序开发中的利剑,所到之处,刀起头落。  针对现实中的排序问题,算法有七把利剑可以助你马道成功。  首先排序分...

今天是开篇,得要吹一下算法,算法就好比程序开发中的利剑,所到之处,刀起头落。 

针对现实中的排序问题,算法有七把利剑可以助你马道成功。 

首先排序分为四种:

      交换排序: 包括冒泡排序,快速排序。

      选择排序: 包括直接选择排序,堆排序。

      插入排序: 包括直接插入排序,希尔排序。

      合并排序: 合并排序。 

那么今天我们讲的就是交换排序,我们都知道,c#类库提供的排序是快排,为了让今天玩的有意思点,

我们设计算法来跟类库提供的快排较量较量。争取ko对手。 

冒泡排序:

首先我们自己来设计一下“冒泡排序”,这种排序很现实的例子就是:

我抓一把沙仍进水里,那么沙子会立马沉入水底, 沙子上的灰尘会因为惯性暂时沉入水底,但是又会立马像气泡一样浮出水面,最后也就真相大白咯。 

关于冒泡的思想,我不会说那么官方的理论,也不会贴那些文字上来,我的思想就是看图说话。

那么我们就上图.

C#七大经典排序算法系列(上)

要达到冒泡的效果,我们就要把一组数字竖起来看,大家想想,如何冒泡?如何来体会重的沉底,轻的上浮?

第一步:  我们拿40跟20比,发现40是老大,不用交换。

第二步:  然后向前推一步,就是拿20跟30比,发现30是老大,就要交换了。

第三步:拿交换后的20跟10比,发现自己是老大,不用交换。

第四步:拿10跟50交换,发现50是老大,进行交换。

最后,我们经过一次遍历,把数组中最小的数字送上去了,看看,我们向目标又迈进了一步。 

现在大家思想都知道了,下面我们就强烈要求跟快排较量一下,不是你死就是我活。

using system;
using system.collections.generic;
using system.linq;
using system.text;
using system.diagnostics;
using system.threading;

namespace bubblesort
{
  public class program
  {
    static void main(string[] args)
    {
      //五次比较
      for (int i = 1; i <= 5; i++)
      {
        list<int> list = new list<int>();
        //插入2k个随机数到数组中
        for (int j = 0; j < 2000; j++)
        {
          thread.sleep(1);
          list.add(new random((int)datetime.now.ticks).next(0, 100000));
        }
        console.writeline("\n第" + i + "次比较:");
        stopwatch watch = new stopwatch();
        watch.start();
        var result = list.orderby(single => single).tolist();
        watch.stop();
        console.writeline("\n快速排序耗费时间:" + watch.elapsedmilliseconds);
        console.writeline("输出前是十个数:" + string.join(",", result.take(10).tolist()));
        watch.start();
        result = bubblesort(list);
        watch.stop();
        console.writeline("\n冒泡排序耗费时间:" + watch.elapsedmilliseconds);
        console.writeline("输出前是十个数:" + string.join(",", result.take(10).tolist()));
      }
    }

    //冒泡排序算法
    static list<int> bubblesort(list<int> list)
    {
      int temp;
      //第一层循环: 表明要比较的次数,比如list.count个数,肯定要比较count-1次
      for (int i = 0; i < list.count - 1; i++)
      {
        //list.count-1:取数据最后一个数下标,
//j>i: 从后往前的的下标一定大于从前往后的下标,否则就超越了。
        for (int j = list.count - 1; j > i; j--)
        {
          //如果前面一个数大于后面一个数则交换
          if (list[j - 1] > list[j])
          {
            temp = list[j - 1];
            list[j - 1] = list[j];
            list[j] = temp;
          }
        }
      }
      return list;
    }
  }
}

C#七大经典排序算法系列(上)

呜呜,看着这两种排序体检报告,心都凉了,冒泡被快排ko了,真惨,难怪人家说冒泡效率低,原来真低。

快速排序:

既然能把冒泡ko掉,马上就激起我们的兴趣,tnd快排咋这么快,一定要好好研究一下。

首先上图:   

C#七大经典排序算法系列(上)

从图中我们可以看到:

left指针,right指针,base参照数。

其实思想是蛮简单的,就是通过第一遍的遍历(让left和right指针重合)来找到数组的切割点。

第一步:首先我们从数组的left位置取出该数(20)作为基准(base)参照物。

第二步:从数组的right位置向前找,一直找到比(base)小的数,

            如果找到,将此数赋给left位置(也就是将10赋给20),

            此时数组为:10,40,50,10,60,

            left和right指针分别为前后的10。

第三步:从数组的left位置向后找,一直找到比(base)大的数,

             如果找到,将此数赋给right的位置(也就是40赋给10),

             此时数组为:10,40,50,40,60,

             left和right指针分别为前后的40。

第四步:重复“第二,第三“步骤,直到left和right指针重合,

             最后将(base)插入到40的位置,

             此时数组值为: 10,20,50,40,60,至此完成一次排序。

第五步:此时20已经潜入到数组的内部,20的左侧一组数都比20小,20的右侧作为一组数都比20大,

            以20为切入点对左右两边数按照"第一,第二,第三,第四"步骤进行,最终快排大功告成。 

同样,我们把自己设计的快排跟类库提供的快拍比较一下。

using system;
using system.collections.generic;
using system.linq;
using system.text;
using system.threading;
using system.diagnostics;

namespace quicksort
{
  public class program
  {
    static void main(string[] args)
    {
      //5次比较
      for (int i = 1; i <= 5; i++)
      {
        list<int> list = new list<int>();

        //插入200个随机数到数组中
        for (int j = 0; j < 200; j++)
        {
          thread.sleep(1);
          list.add(new random((int)datetime.now.ticks).next(0, 10000));
        }

        console.writeline("\n第" + i + "次比较:");

        stopwatch watch = new stopwatch();

        watch.start();
        var result = list.orderby(single => single).tolist();
        watch.stop();

        console.writeline("\n系统定义的快速排序耗费时间:" + watch.elapsedmilliseconds);
        console.writeline("输出前是十个数:" + string.join(",", result.take(10).tolist()));

        watch.start();
        new quicksortclass().quicksort(list, 0, list.count - 1);
        watch.stop();

        console.writeline("\n俺自己写的快速排序耗费时间:" + watch.elapsedmilliseconds);
        console.writeline("输出前是十个数:" + string.join(",", list.take(10).tolist()));

      }
    }
  }

  public class quicksortclass
  {

    ///<summary>
/// 分割函数
///</summary>
///<param name="list">待排序的数组</param>
///<param name="left">数组的左下标</param>
///<param name="right"></param>
///<returns></returns>
    public int division(list<int> list, int left, int right)
    {
      //首先挑选一个基准元素
      int basenum = list[left];

      while (left < right)
      {
        //从数组的右端开始向前找,一直找到比base小的数字为止(包括base同等数)
        while (left < right && list[right] >= basenum)
          right = right - 1;

        //最终找到了比basenum小的元素,要做的事情就是此元素放到base的位置
        list[left] = list[right];

        //从数组的左端开始向后找,一直找到比base大的数字为止(包括base同等数)
        while (left < right && list[left] <= basenum)
          left = left + 1;


        //最终找到了比basenum大的元素,要做的事情就是将此元素放到最后的位置
        list[right] = list[left];
      }
      //最后就是把basenum放到该left的位置
      list[left] = basenum;

      //最终,我们发现left位置的左侧数值部分比left小,left位置右侧数值比left大
//至此,我们完成了第一篇排序
      return left;
    }

    public void quicksort(list<int> list, int left, int right)
    {
      //左下标一定小于右下标,否则就超越了
      if (left < right)
      {
        //对数组进行分割,取出下次分割的基准标号
        int i = division(list, left, right);

        //对“基准标号“左侧的一组数值进行递归的切割,以至于将这些数值完整的排序
        quicksort(list, left, i - 1);

        //对“基准标号“右侧的一组数值进行递归的切割,以至于将这些数值完整的排序
        quicksort(list, i + 1, right);
      }
    }
  }
}

C#七大经典排序算法系列(上)

不错,快排就是快,难怪内库非要用他来作为排序的标准。 

嗯,最后要分享下:

冒泡的时间复杂度为:0(n) - 0(n^2)

快排的时间复杂度为:

    平均复杂度:n(logn)

    最坏复杂度: 0(n^2)

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持。