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wzjs 2025/9/6 13:21:16

三亚旅游网站建设,做网站公司昆明,延安免费做网站,网站安全检测工具网站目录 1. 冒泡排序(Bubble Sort) 2. 选择排序(Selection Sort) 3. 插入排序(Insertion Sort) 4. 希尔排序(Shell Sort) 5. 堆排序(Heap Sort) 6. 快速排序(Quick Sort) 7. 归并排序(Merge Sort) 总结引言排序算法是计算机科学中最基础也是最重要的算法之一。本文将详…

1. 冒泡排序(Bubble Sort)

2. 选择排序(Selection Sort)

3. 插入排序(Insertion Sort)

4. 希尔排序(Shell Sort)

5. 堆排序(Heap Sort)

6. 快速排序(Quick Sort)

7. 归并排序(Merge Sort)

总结

引言

排序算法是计算机科学中最基础也是最重要的算法之一。本文将详细介绍七种常见的排序算法，包括冒泡排序、选择排序、插入排序、希尔排序、堆排序、快速排序和归并排序，并给出每种算法的C语言实现代码。

1. 冒泡排序(Bubble Sort)

冒泡排序是最简单的排序算法之一，它重复地遍历要排序的列表，比较相邻的元素并交换它们的位置，直到列表排序完成。

演示：
初始数组：[5, 3, 8, 6, 2]

第一轮：

比较5和3 → 交换 → [3,5,8,6,2]
比较5和8 → 不交换
比较8和6 → 交换 → [3,5,6,8,2]
比较8和2 → 交换 → [3,5,6,2,8] (8已到位)

第二轮：

比较3和5 → 不交换
比较5和6 → 不交换
比较6和2 → 交换 → [3,5,2,6,8] (6已到位)

第三轮：

比较3和5 → 不交换
比较5和2 → 交换 → [3,2,5,6,8] (5已到位)

第四轮：

比较3和2 → 交换 → [2,3,5,6,8] (排序完成)

void bob(int *a, int size)
{// 外层循环控制排序轮数for (int i = 0; i < size; i++){// 内层循环控制每轮比较次数for (int j = i + 1; j < size; j++){// 如果前一个元素大于后一个元素，则交换if (a[i] > a[j]){int temp = a[i];a[i] = a[j];a[j] = temp;}}}
}

时间复杂度：

最好情况：O(n)（已经排序的情况）
平均和最坏情况：O(n²)

空间复杂度：O(1)

2. 选择排序(Selection Sort)

选择排序每次从未排序的部分选择最小（或最大）的元素，放到已排序部分的末尾。

演示：
初始数组：[5, 3, 8, 6, 2]

第一轮：

找到最小值2 → 与5交换 → [2,3,8,6,5] (2已到位)

第二轮：

在[3,8,6,5]中找到最小值3 → 已在位置 → [2,3,8,6,5]

第三轮：

在[8,6,5]中找到最小值5 → 与8交换 → [2,3,5,6,8] (5已到位)

第四轮：

在[6,8]中找到最小值6 → 已在位置 → [2,3,5,6,8] (排序完成)

void sel(int *a, int size)
{// 外层循环控制已排序部分的末尾for (int i = 0; i < size; i++){int min_index = i;  // 假设当前元素是最小的// 内层循环查找未排序部分的最小元素for (int j = i + 1; j < size; j++){// 如果找到更小的元素，更新最小元素索引if (a[min_index] > a[j]){min_index = j;}}// 如果最小元素不是当前元素，则交换if (min_index != i){swap(&a[i], &a[min_index]);}}
}

时间复杂度：始终为O(n²)

空间复杂度：O(1)

3. 插入排序(Insertion Sort)

插入排序通过构建有序序列，对于未排序数据，在已排序序列中从后向前扫描，找到相应位置并插入。

演示：
初始数组：[5, 3, 8, 6, 2]

第一步：

已排序[5], 未排序[3,8,6,2]
插入3 → 3<5 → [3,5,8,6,2]

第二步：

已排序[3,5], 未排序[8,6,2]
插入8 → 8>5 → [3,5,8,6,2]

第三步：

已排序[3,5,8], 未排序[6,2]
插入6 → 6<8 → [3,5,6,8,2]

第四步：

已排序[3,5,6,8], 未排序[2]
插入2 → 2<8 → 2<6 → 2<5 → 2<3 → [2,3,5,6,8] (排序完成)

void insert(int *a, int size)
{// 从第二个元素开始（第一个元素视为已排序）for (int i = 1; i < size; i++){int k = a[i];   // 当前要插入的元素int j = i - 1;  // 已排序部分的最后一个元素索引// 将大于当前元素的已排序元素后移while (j >= 0 && a[j] > k){a[j + 1] = a[j];j--;}// 将当前元素插入到正确位置a[j + 1] = k;}
}

时间复杂度：

最好情况：O(n)（已经排序的情况）
平均和最坏情况：O(n²)

空间复杂度：O(1)

4. 希尔排序(Shell Sort)

希尔排序是插入排序的改进版本，通过将原始列表分成多个子列表来提高插入排序的性能。

演示：
初始数组：[5, 3, 8, 6, 2, 9, 1, 7, 4]

第一轮(间隔=4)：

子序列1：[5,2,4] → 排序后[2,4,5]
子序列2：[3,9] → 排序后[3,9]
子序列3：[8,1] → 排序后[1,8]
子序列4：[6,7] → 排序后[6,7]
数组变为：[2,3,1,6,4,9,8,7,5]

第二轮(间隔=2)：

子序列1：[2,1,4,8,5] → 排序后[1,2,4,5,8]
子序列2：[3,6,9,7] → 排序后[3,6,7,9]
数组变为：[1,3,2,6,4,7,5,9,8]

第三轮(间隔=1)：

标准插入排序 → [1,2,3,4,5,6,7,8,9]

void shell(int *a, int size)
{// 初始间隔为数组长度的一半，逐步缩小间隔for (int gap = size / 2; gap > 0; gap /= 2){// 对每个间隔分组进行插入排序for (int i = gap; i < size; i++){int temp = a[i];  // 当前要插入的元素int j;// 组内插入排序for (j = i; j >= gap && a[j - gap] > temp; j -= gap){a[j] = a[j - gap];}a[j] = temp;  // 插入元素到正确位置}}
}

时间复杂度：取决于间隔序列，最好可达O(n log²n)

空间复杂度：O(1)

5. 堆排序(Heap Sort)

堆排序利用堆这种数据结构所设计的一种排序算法，是一种选择排序。

演示：
初始数组：[5, 3, 8, 6, 2]

构建最大堆：

从最后一个非叶子节点(6)开始调整：
- 6>2 → 不交换
调整节点3：
- 3<8 → 交换 → [5,8,3,6,2]
- 3无子节点 → 停止
调整节点5：
- 5<8 → 交换 → [8,5,3,6,2]
- 5>2 → 不交换

堆排序过程：

交换堆顶8和末尾2 → [2,5,3,6,8] (8已排序)
调整堆：
- 2<5 → 交换 → [5,2,3,6,8]
- 2<3 → 交换 → [5,3,2,6,8]
交换堆顶5和末尾2 → [2,3,5,6,8] (5,6,8已排序)
调整堆：
- 2<3 → 交换 → [3,2,5,6,8]
交换堆顶3和末尾2 → [2,3,5,6,8] (排序完成)

void heapify(int *a, int size, int i)
{int largest = i;         // 初始化最大元素为当前节点int left = i * 2 + 1;    // 左子节点索引int right = i * 2 + 2;   // 右子节点索引// 如果左子节点存在且大于当前最大节点if (left < size && a[left] > a[largest]){largest = left;}// 如果右子节点存在且大于当前最大节点if (right < size && a[right] > a[largest]){largest = right;}// 如果最大节点不是当前节点，交换并继续调整if (largest != i){swap(&a[i], &a[largest]);heapify(a, size, largest);}
}void heapsort(int *a, int size)
{// 构建最大堆（从最后一个非叶子节点开始）for (int i = size / 2 - 1; i >= 0; i--){heapify(a, size, i);}// 逐个提取堆顶元素（最大值）并调整堆for (int i = size - 1; i >= 0; i--){// 将堆顶元素（最大值）与当前末尾元素交换swap(&a[0], &a[i]);// 调整剩余元素使其保持堆性质heapify(a, i, 0);}
}

时间复杂度：O(n logn)

空间复杂度：O(1)

6. 快速排序(Quick Sort)

快速排序是一种分治算法，它选择一个"基准"元素，将数组分为两部分，一部分小于基准，一部分大于基准，然后递归地对这两部分进行排序。

演示：
初始数组：[5, 3, 8, 6, 2]

第一轮(基准=2)：

2是最小值 → 分区后：[2,5,3,8,6]
左子数组空，右子数组[5,3,8,6]

第二轮(基准=6)：

分区过程：
- 5<6 → i=0 → [5,3,8,6]
- 3<6 → i=1 → [5,3,8,6]
- 8>6 → 不移动
交换a[i+1]和基准 → [5,3,6,8]
左子数组[5,3], 右子数组[8]

第三轮(左子数组基准=3)：

分区后：[3,5]
排序完成

最终结果：[2,3,5,6,8]

void quicksort(int *a, int left, int right)
{if (left < right){// 选择最后一个元素作为基准值int pivot = a[right];int i = left - 1;  // 小于基准值的元素分界点// 分区过程：将所有小于等于基准的元素移到左边for (int j = left; j < right; j++){if (a[j] <= pivot){i++;swap(&a[i], &a[j]);}}// 将基准值放到正确位置swap(&a[i + 1], &a[right]);int pivot_index = i + 1;// 递归排序左右两部分quicksort(a, left, pivot_index - 1);quicksort(a, pivot_index + 1, right);}
}

时间复杂度：

最好和平均情况：O(n logn)
最坏情况：O(n²)（当数组已经排序或逆序时）

空间复杂度：O(logn)（递归调用栈）

7. 归并排序(Merge Sort)

归并排序是一种分治算法，它将数组分成两半，递归地对每一半进行排序，然后将两个有序的半部分合并成一个有序的整体。

演示：
初始数组：[5, 3, 8, 6, 2]

拆分过程：
[5,3,8,6,2] → [5,3,8]和[6,2]
[5,3,8] → [5,3]和[8]
[5,3] → [5]和[3]
[6,2] → [6]和[2]

合并过程：

合并[5]和[3] → [3,5]
合并[3,5]和[8] → [3,5,8]
合并[6]和[2] → [2,6]
合并[3,5,8]和[2,6]：
- 比较3和2 → 取2 → [2]
- 比较3和6 → 取3 → [2,3]
- 比较5和6 → 取5 → [2,3,5]
- 比较8和6 → 取6 → [2,3,5,6]
- 剩余8 → [2,3,5,6,8]

void merge(int *a, int l, int m, int r)
{int n1 = m - l + 1;  // 左子数组长度int n2 = r - m;       // 右子数组长度int i, j, k;// 分配临时数组存储左右子数组int *L = (int *)malloc(n1 * sizeof(int));int *R = (int *)malloc(n2 * sizeof(int));// 拷贝数据到临时数组for (i = 0; i < n1; i++){L[i] = a[l + i];}for (j = 0; j < n2; j++){R[j] = a[m + 1 + j];}// 合并两个有序子数组i = 0;     // 左子数组索引j = 0;     // 右子数组索引k = l;     // 合并后数组索引while (i < n1 && j < n2){if (L[i] <= R[j]){a[k] = L[i];i++;}else{a[k] = R[j];j++;}k++;}// 拷贝左子数组剩余元素while (i < n1){a[k] = L[i];i++;k++;}// 拷贝右子数组剩余元素while (j < n2){a[k] = R[j];j++;k++;}// 释放临时数组内存free(L);free(R);
}void mergeSort(int arr[], int left, int right)
{if (left < right){// 计算中间索引（防止整数溢出）int mid = left + (right - left) / 2;// 递归排序左半部分mergeSort(arr, left, mid);// 递归排序右半部分mergeSort(arr, mid + 1, right);// 合并两个已排序的子数组merge(arr, left, mid, right);}
}

时间复杂度：始终为O(n logn)

空间复杂度：O(n)（需要额外的存储空间）

总结

排序算法	平均时间复杂度	最好情况	最坏情况	空间复杂度	稳定性
冒泡排序	O(n²)	O(n)	O(n²)	O(1)	稳定
选择排序	O(n²)	O(n²)	O(n²)	O(1)	不稳定
插入排序	O(n²)	O(n)	O(n²)	O(1)	稳定
希尔排序	O(n logn)~O(n²)	O(n logn)	O(n²)	O(1)	不稳定
堆排序	O(n logn)	O(n logn)	O(n logn)	O(1)	不稳定
快速排序	O(n logn)	O(n logn)	O(n²)	O(logn)	不稳定
归并排序	O(n logn)	O(n logn)	O(n logn)	O(n)	稳定