【数据结构】交换排序

插入排序链接。
这篇文章讲解交换排序的两种排序:冒泡排序快速排序

目录

  • 冒泡排序:
    • 完整代码:
  • 快速排序:
    • 单趟排序:
      • hoare:
      • 挖坑:
      • 前后指针:
    • 完整代码(3种方式):

冒泡排序:

冒泡排序简单不实用,被誉为数据结构的“HelloWord”

思想:相邻元素两两比较,根据升序或者降序每趟选出一个最值放在数组尾部
在这里插入图片描述

我们实现冒泡排序时,先进行一趟冒泡排序,这样容易控制整个程序

注意n为数组元素个数

for (int j = 0; j < n - 1; j++)
为什么j<n-1而不是j<n,因为我们会访问a[j+1],故最大的J为n-2
{if (a[j] > a[j + 1]){Swap(&a[j], &a[j + 1]);}
}

在进行完一趟后,就可以嵌套一个for循环,因为一趟可以确定一个元素位置,故for (int i = 0; i < n; i++)
最后我们想,当确定一个元素的位置后,下一次就可以不用管他,故内层for循环再for (int j = 0; j < n - i - 1; j++)

完整代码:

void BubbleSort(int* a, int n)
{for (int i = 0; i < n; i++){for (int j = 0; j < n - i - 1; j++){if (a[j] > a[j + 1]){Swap(&a[j], &a[j + 1]);}}}
}

快速排序:

先来数一下快排的整体思想(升序):

先选出一个关键值,进行一次单趟排序,
这趟排序是怎样的排序呢?
只要确保关键值左边的比关键值小,右边的比关键值大就算一趟排序

单趟排序完成后,我们可以利用遍历二叉树的思想
在这里插入图片描述
最终完成排序,也就是快排

单趟排序:

既然主要部分是单趟排序,那么就有多种单趟排序的办法,这里我们只说最常用的三种

hoare:

hoare是快排的发明者,故hoare自己搞了一个单趟排序,
在这里插入图片描述
思想:
选出一个key值(最左边),
right先走,当 right 找到比 key 小的时候或遇到 left 时停止,
left再走,当 left 找到比 key 大的时候或遇到 right 时停止,
当没有相遇时,他们交换值,
相遇后,将key的值与left(或right,因为相遇时left == right)交换

此时完成单趟排序。

int PartSort1(int* a, int begin, int end)
{int left = begin;int right = end;int keyi = left;while (left < right){while (left < right && a[right] >= a[keyi]){right--;}while (left < right && a[left] <= a[keyi]){left++;}//相遇前,left与right的值交换Swap(&a[left], &a[right]);}//相遇后Swap(&a[keyi], &a[right]);keyi = left;//为什么return呢,马上会讲解return keyi;
}

挖坑:

挖坑法的思想整体与hoare一致,不过有点差异。
在这里插入图片描述
思想:

将最左边作为关键值,同时作为坑的下标,
同理,right先走,遇到比关键值小的或相遇时停下,将right此时的值给坑,right变成新的坑
left再走,遇到比关键值大的或相遇时停下,将left此时的值给坑,left变成新的坑
当相遇时,将key值给坑

这就是一趟排序

//挖坑
int PartSort2(int* a, int begin, int end)
{int left = begin;int right = end;int key = a[left];int holei = left;while (left < right){// 右边找小,填到左边的坑while (left < right && a[right] >= key){right--;}a[holei] = a[right];holei = right;// 左边找大,填到右边的坑while (left < right && a[left] <= key){left++;}a[holei] = a[left];holei = left;}a[holei] = key;return holei;
}

前后指针:

前后指针的方法与前两者的思想不同。
在这里插入图片描述


分解成一步一步,看到最后发现prev与cur之间的就是比key大的,
最后将prev与key的值交换,完成单趟排序
在这里插入图片描述


这是我们最提倡的一种,根本思想就是:

cur的值大于key时,cur++;
当cur的值小于key时,prev++,将prev与cur的值交换,cur++

int PartSort3(int* a, int begin, int end)
{int prev = begin;int cur = begin + 1;int keyi = begin;while (cur <= end){if (a[cur] < a[keyi]){prev++;Swap(&a[prev], &a[cur]);}cur++;}Swap(&a[prev], &a[keyi]);return prev;
}

这里解释一下为什么会返回一个key的下标,因为我们是单趟排序,有多种方案
用下图代码实现快排更为方便

void QuickSort(int* a, int begin, int end)
{if (begin >= end){return;}int keyi = PartSort3(a, begin, end);//begin keyi endQuickSort(a, begin, keyi - 1);QuickSort(a, keyi + 1, end);
}

完整代码(3种方式):

#include "Sort.h"
#include "stack.h"void Swap(int* e1, int* e2)
{int tmp = *e1;*e1 = *e2;*e2 = tmp;
}
//hoare
int PartSort1(int* a, int begin, int end)
{int left = begin;int right = end;int mid = (left + right) / 2;int midi = getmid(a, mid, left, right);Swap(&a[left], &a[midi]);int keyi = left;while (left < right){while (left < right && a[right] >= a[keyi]){right--;}while (left < right && a[left] <= a[keyi]){left++;}Swap(&a[left], &a[right]);}Swap(&a[keyi], &a[right]);keyi = left;return keyi;
}//挖坑
int PartSort2(int* a, int begin, int end)
{int left = begin;int right = end;int mid = (begin - end) / 2;int midi = getmid(a, mid, left, right);Swap(&a[midi], &a[left]);int key = a[left];int holei = left;while (left < right){while (left < right && a[right] >= key){right--;}a[holei] = a[right];holei = right;while (left < right && a[left] <= key){left++;}a[holei] = a[left];holei = left;}a[holei] = key;return holei;
}//前后指针
int PartSort3(int* a, int begin, int end)
{int prev = begin;int cur = begin + 1;int keyi = begin;while (cur <= end){if (a[cur] < a[keyi]){prev++;Swap(&a[prev], &a[cur]);}cur++;}Swap(&a[prev], &a[keyi]);return prev;
}void QuickSort(int* a, int begin, int end)
{if (begin >= end){return;}int keyi = PartSort3(a, begin, end);//begin keyi endQuickSort(a, begin, keyi - 1);QuickSort(a, keyi + 1, end);
}

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