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【Go】C++转Go：数据结构练习（一）排序算法

news 2025/10/26 7:31:55

本专栏文章持续更新，新增内容使用蓝色表示。

每种排序方法都可以通过例子，手动模拟一遍，确定思路，再开始写代码。

持续更新中，预计1-2天内完善

冒泡排序

描述：

通过相邻元素的比较和交换，使较大的元素逐渐"浮"到数组的末尾，就像水中的气泡一样向上漂浮。

思路：

举一个实例，如有一个数组 {9,2,10,23,16,28,2} ，将它从小到大排序。

第一轮，从第0和第1个元素开始比较，9>2交换，9<10跳过，10<23跳过，23>16交换，23<28跳过，28>2交换，此时整个数组中最大的元素在末尾，再次遍历时就不需要和末尾的元素比较。末尾一个元素固定，此时的数组为{2,9,10,16,23,2,28} 。

第二轮，依旧从第0和第1个元素开始比较，2<9跳过 9<10跳过 10<16跳过 16<23跳过 23>2交换。末尾两个元素固定，此时的数组为{2,9,10,16,2,23,28} 。

第三轮，2<9跳过 9<10跳过 10<16跳过 16>2交换。末尾三个元素固定，此时的数组为{2,9,10,2,16,23,28} 。

第四轮，2<9跳过 9<10跳过 10>2交换。末尾四个元素固定，此时的数组为{2,9,2,10,16,23,28} 。

第五轮，2<9跳过 9>2交换。末尾五个元素固定，此时的数组为{2,2,9,10,16,23,28} 。

第六轮，2==2跳过。末尾六个元素固定，此时的数组为{2,2,9,10,16,23,28} 。

综上，整个过程中给7个元素排序，需要经过6轮。

如果是{1, 2, 3, 4, 5, 7, 6}呢？同样是7个元素，但是实际上在第2轮时，就已经有序，没有进行交换了。所以可以设置一个标志位flag，每轮进入时设为false，有交换时置为true，如果该轮结束该值为false，说明没有发生交换，数组已经有序，程序可以提前跳出循环。

package mainimport "fmt"func PrintNums(nums []int) {for i := 0; i < len(nums); i++ {fmt.Printf("%d ", nums[i])}fmt.Println()
}func main() {// 冒泡排序nums := []int{9, 2, 10, 23, 16, 28, 2}fmt.Printf("原数组：")PrintNums(nums)fmt.Printf("冒泡排序过程：\n")for i := 0; i < len(nums)-1; i++ {flag := falsefor j := 0; j < len(nums)-i-1; j++ {if nums[j] > nums[j+1] {flag = truetemp := nums[j]nums[j] = nums[j+1]nums[j+1] = temp}}PrintNums(nums)if flag == false {fmt.Println("本轮无交换，已提前结束！")break}}
}

时间复杂度最差为O( $n^{2}$ )，最好为O(n)，平均时间复杂度为O( $n^{2}$ )。

空间复杂度为O(1)，不需要借助额外数组。

选择排序

描述：

每轮选择一个最大或者最小的数，放在已排序元素的末尾。

思路：

还是数组 {9,2,10,23,16,28,2} ，将它从小到大排序。先尝试选择一个最小的数，放在已排序元素的末尾。假设已排序元素在前面，初始情况下已排序元素个数为0，已排序指针为0，数组指针为0。从0开始遍历。

第一轮，从0开始，到6结束，发现最小的是2，下标为1，进行交换，已排序元素为1。

以此类推，已排序元素逐渐增多，7个元素共经历6轮成为有序数组。

package mainimport "fmt"func PrintNums(nums []int) {for i := 0; i < len(nums); i++ {fmt.Printf("%d ", nums[i])}fmt.Println()
}func main() {nums := []int{9, 2, 10, 23, 16, 28, 2}fmt.Printf("原数组：")PrintNums(nums)fmt.Printf("选择排序过程：\n")for i := 0; i < len(nums)-1; i++ {minnum := ifor j := i; j < len(nums); j++ {if nums[minnum] > nums[j] {minnum = j}}temp := nums[i]nums[i] = nums[minnum]nums[minnum] = tempPrintNums(nums)}
}

插入排序

描述：

在已排序的数组中选择一个合适的位置插入进去，从后往前比较。

思路：

数组 {9,2,10,23,16,28,2} ，单独一个数字必然是有序的，所以跳过0号位置，从1号位置开始，依次和前面已有序的数组进行比较，若小于，则交换，否则跳过。

package mainimport "fmt"func PrintNums(nums []int) {for i := 0; i < len(nums); i++ {fmt.Printf("%d ", nums[i])}fmt.Println()
}func main() {nums := []int{9, 2, 10, 23, 16, 28, 2}fmt.Printf("原数组：")PrintNums(nums)fmt.Printf("插入排序过程：\n")for i := 0; i < len(nums)-1; i++ {for j := i + 1; j > 0; j-- {if nums[j] < nums[j-1] {temp := nums[j]nums[j] = nums[j-1]nums[j-1] = temp} else {break}}PrintNums(nums)}
}