七种排序算法比较及每种排序上机统计时间
时间:2020-11-14 12:45:45 来源:勤学考试网 本文已影响 人
七种排序算法的比较及每种排序的上机统计时间
七种排序算法的比较及每种排序的上机统计时间
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) 227
?夏琪 228
完成时间: 2014-01-08
教师:周铁
目录
TOC \o "1-3" \h \z \u HYPERLINK 1.1、选题?2
HYPERLINK \l "_Toc264208499" 1.2、选题的意义及背景 2
1.3、设计任务书………………………………………………………………2
HYPERLINK \l "_Toc264208501" 2、设计分析?2
HYPERLINK 2.1、原始数据? PAGEREF _Toc264208502 \h 2
HYPERLINK 2.2、输出数据 PAGEREF _Toc264208503 \h 2
HYPERLINK \l "_Toc264208504" 2.3、程序流程图?3
HYPERLINK \l "_Toc264208511" 3、程序源代码及注释?3
HYPERLINK \l "_Toc264208513" 4、测试结果 PAGEREF _Toc264208513 \h 12
HYPERLINK \l "_Toc264208516" 5、总结?26
HYPERLINK 6、参考文献 27
HYPERLINK \l "_Toc264208518" 7、小组人员分工 27
1、课程分析
1.1、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。
1.2、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。
1.3、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
2.1 原始资料
用户输入记录的个数30000个,数据由随机函数生成。
2.2 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。
2.3 程序流程图
主程序
主程序
产生1
产生1组随机数
将随机数保存在数组中
将随机数保存在数组中
二路归并排序冒泡排序
二路归并排序
冒泡
排序
直接插入排序
堆排序直接选择排序快速排序Shell
堆排序
直接选择排序
快速排序
Shell排序
输出排序上机所花费
输出排序上机所花费的时间
3.程序源代码及其注释
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "math.h"
#include<time.h>
#include<conio.h>
#define MAX 60000 /*记录数组的个数*/
#define NUM 30000 /*实际输入数组的个数*/
typedef int datatype;
typedef struct /*定义记录为结构体类型*/
{ int key; /*记录的关键词域*/
datatype other; /*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*/
void insert_sort(rectype *r) /*对数组r按递增顺序进行插入排序算法*/
{ int i,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<NUM 条件很重要,NUM为实际记录数*/
?{ 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].key) /*查找r[i]合适的位置*/
? {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*/
void shell_sort(rectype *r) /*取增量为d(i+1)=[d(i)/2]的希尔排序的算法*/
{ int i,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*/
void bubble_sort(rectype *r) /*从下往上扫描的冒泡排序*/
{ int i,j,nos; /*noswap为交换标志,NUM为实际输入记录数*/
rectype temp;
for(i=1;i<n;i++)? /*进行n-1趟冒泡排序*/
{ 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)?/*交换记录*/
{ temp.key=r[j-1].key;
r[j-1].key=r[j].key;
r[j].key=temp.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*/
int partition(rectype *r,int s,int t) /*快速排序算法中的一趟划分函数*/
{ int i,j;rectype temp;
i=s;j=t;temp=r[i]; /*初始化,temp为基准记录*/
do {while((r[j].key>=temp.key)&&(i<j))
j--; /*从右往左扫描,查找第一个关键词小于temp的记录*/
if(i<j) r[i++]=r[j]; /*交换r[i]和r[j]*/
while((r[i].key<=temp.key)&&(i<j))
i++;? /*从左往右扫描,查找第一个关键词大于temp的记录*/
if(i<j) r[j--]=r[i]; /*交换r[i]和r[j]*/
}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*/
void quick_sort(rectype *r,int hs,int ht)/*对r[hs]到r[ht]进行快速排序*/
{ int i;
if(hs<ht) /*只有一个记录或无记录时无需排序*/
{ 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*/
void select_sort(rectype *r)
{ rectype temp;
int i,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<r[k].key) k=j;
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*/
void shift(rectype *r,int i,int m)/*堆的筛选算法,在数组中r[i]到r[m]中,调整堆r[i]*/
{ int j; rectype temp;
temp=r[i]; j=2*i;
while (j<=m)/*j<=m,r[2*i]是r[i]的左孩子*/
{ if((j<m)&&(r[j].key<r[j+1].key))
j++; /*j指向r[i]的左右孩子中关键词较大者*/
if(temp.key<r[j].key) /*若孩子结点的关键词大于父结点*/
?{ 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*/
void heap_sort(rectype *r)/*对数组r[1]到r[NUM]进行堆排序*/
{ rectype temp;
?int i,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*/
void merge(rectype *a,rectype *r,int low,int mid,int high)
{ int i,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++];
else r[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*/
void merge_pass(rectype *r,rectype *r1,int length)
{ int i=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<n)
merge(r,r1,i,i+length-1,n);/*处理表长不足2*length的部分*/
else for(j=i;j<=n;j++)
r1[j]=r[j];/*将最后一个子表复制到r1中*/
}/*MERGEPASS*/
void merge_sort(rectype *r)
{ int length;
rectype r1[MAX];
length=1;/*归并长度从1开始*/
while(length<NUM)
{ 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*/
void creat_randnum(int *a )/*产生给定个数和范围的随机整数函数*/
{ int i;
int range=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*/
void create() /*产生NUM个随机整数并保存到记录数组s中*/
{ int b[MAX];
int range=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*/
void print_record(rectype *r)/*记录数组的输出函数*/
{ int i;
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*/
int menu_select()/*主菜单选择模块*/
{ char c; int kk;
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*/
{
double time1, time2, time3, time4, time5, time6, time7;
clock_t start, finish;
int kk;
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)
{ case 1:{?start=clock();
? insert_sort(s1);
? finish=clock();
time1 = (double)(finish - start)/ CLOCKS_PER_SEC ;
printf( "直接插入排序耗时%f seconds\n", time1); break;}
case 2:{ start=clock();
? ? shell_sort(s1);
?finish=clock();
time2 = (double)(finish - start)/ CLOCKS_PER_SEC ;
printf( "希尔排序耗时%f seconds\n", time2); break;}
case 3:{ start=clock();
bubble_sort(s1);
? finish=clock();
?time3 = (double)(finish - start)/ CLOCKS_PER_SEC ;
printf( "冒泡排序耗时%f seconds\n", time3); break;}
case 4:{ start=clock();
quick_sort(s1,1,NUM);
? ?finish=clock();
? time4 = (double)(finish - start)/ CLOCKS_PER_SEC;
? ?printf( "快速排序耗时%f seconds\n", time4); break;}
? case 5:{ start=clock();
? ?select_sort(s1);
finish=clock();
? time5 = (double)(finish - start)/ CLOCKS_PER_SEC ;
?printf( "直接选择排序耗时%f seconds\n", time5); break;}
? case 6:{ start=clock();
? heap_sort(s1);
? finish=clock();
?time6 = (double)(finish - start)/ CLOCKS_PER_SEC ;
?printf( "堆排序耗时%f seconds\n", time6); break;}
case 7:{ start=clock();
? merge_sort(s1);
finish=clock();
? time7 = (double)(finish - start)/ CLOCKS_PER_SEC ;
? printf( "二路归并排序耗时%f seconds\n", time7); break;}
case 0:{ 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0.878000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0.026000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3.456000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0.005000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1.528000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0.008000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0.006000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]百度文库 HYPERLINK "http://" www. Wenku.baidu,com
[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。