*快排延伸-自省排序

此节是学有余力的人去看，如果没时间，不看也没关系，只要知道代码就可以了！

自省排序的思路是自我侦测和反省，快速排序如果递归深度太深，其算法的效率可能被大幅度削弱，这就需要借助其他的算法进行排序了，所以我们需要把之前所有算法都要使用上，至于思想大家可以去搜搜资料，这个算法的代码过长，所以实现起来很麻烦，但是算法思路我之前都已经讲过，里面有些难以理解的地方，这只是一个代码分享的过程，没必要追究如何得到的这个结论，我只在适当地方进行注释。我改变的代码在第465行。代码如下：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <math.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <ctype.h>
#include<stdbool.h>
#include<stddef.h>//NULL
#include<time.h>
//交换函数
void Swap(int* a, int* b)
{int p = *a;*a = *b;*b = p;
}
//直接插入排序(升序)
void InsertSort1(int* arr, int n)
{for (int i = 0; i < n - 1; i++){//我们把需要比较的数放入tmp中，然后先与第i个数据比较，依次往前进行比较插入int end = i;int tmp = arr[end + 1];while (end >= 0){if (arr[end] > tmp){arr[end + 1] = arr[end];end--;}else{break;}}//如果end=-1我们不能进行数组越界，所以要进行+1操作arr[end + 1] = tmp;}
}
//希尔排序
void ShellSort1(int* arr, int n)
{int gap = n;while (gap > 1){gap = gap / 3 + 1;for (int i = 0; i < n - gap; i++){int end = i;int tmp = arr[end + gap];while (end >= 0){if (arr[end] > tmp){arr[end + gap] = arr[end];end -= gap;}else{break;}}arr[end + gap] = tmp;}}
}
//直接选择排序
void SelectSort1(int* arr, int n)
{int begin = 0, end = n - 1;while (begin < end){int max, min;max = min = begin;for (int i = begin + 1; i <= end; i++){//我们从开始位置后面的数据进行遍历，原因不用解释if (arr[i] < arr[min]){min = i;}if (arr[i] > arr[max]){max = i;}}if (max == begin){max = min;}Swap(&arr[min], &arr[begin]);Swap(&arr[max], &arr[end]);begin++;end--;}
}//堆的结构
//能存储的数据有很多种typedef int HPDataType;
typedef struct Heap
{HPDataType* arr;int size;//有效数据的个数int capacity;//容量
}HP;
//堆的初始化
void HPInit(HP* php)
{assert(php);php->arr = NULL;php->size = php->capacity = 0;
}
//堆的销毁
void HPDesTory(HP* php)
{//判断是否为NULLif (php->arr){free(php->arr);}php->arr = NULL;php->size = php->capacity = 0;
}
//向上调整算法
void AdjustUp(HPDataType* arr, int child)
{HPDataType parent = (child - 1) / 2;while (child > 0){if (arr[child] > arr[parent]){Swap(&arr[child], &arr[parent]);//或者可以加个continue,之后把else去掉，只留break；child = parent;parent = (child - 1) / 2;}else{break;}}
}
//插入数据
void HPPush(HP* php, HPDataType x)
{assert(php);if (php->size == php->capacity){int newcapacity = php->capacity == 0 ? 4 : 2 * php->capacity;//增容HPDataType* tmp = (HPDataType*)realloc(php->arr, sizeof(HPDataType) * (newcapacity));//增容失败if (tmp == NULL){perror("realloc fail!\n");exit(1);}php->arr = tmp;php->capacity = newcapacity;}php->arr[php->size] = x;//第二个传的参数是php->size，因为下标这个时候最大已经是size,有size+1个数据，我们还没有执行++的操作AdjustUp(php->arr, php->size);++php->size;
}
//判空
bool HPEmpty(HP* php)
{assert(php);return php->size == 0;
}
//向下调整算法
void AdjustDown(HPDataType* arr, int parent, int n)
{int child = parent * 2 + 1;while (child < n){//先找最小的if (child + 1 < n && arr[child] > arr[child + 1]){child++;}if (arr[parent] > arr[child]){Swap(&arr[child], &arr[parent]);parent = child;child = parent * 2 + 1;}else{break;}}
}
//删除栈顶数据
void HPpop(HP* php)
{assert(!HPEmpty(php));Swap(&php->arr[0], &php->arr[php->size - 1]);--php->size;AdjustDown(php->arr, 0, php->size);
}
//取堆顶元素
HPDataType HPTop(HP* php)
{assert(!HPEmpty(php));return php->arr[0];
}
//向下调整算法建堆
void HeapSort(HPDataType* arr, int n)
{for (int i = (n - 2) / 2; i >= 0; i--){AdjustDown(arr, i, n);}//堆排序int end = n - 1;while (end > 0){Swap(&arr[0], &arr[end]);AdjustDown(arr, 0, end);end--;}
}
//向上调整算法建堆
void HeapSort01(HPDataType* arr, int n)
{for (int i = 0; i < n; i++){AdjustUp(arr, i);}//堆排序int end = n - 1;while (end > 0){Swap(&arr[0], &arr[end]);AdjustDown(arr, 0, end);end--;}
}
//冒泡排序
void BubbleSort(int* arr, int n)
{for (int i = 0; i < n - 1; i++){int exchange = 0;for (int j = 0; j < n - i - 1; j++){if (arr[j] > arr[j + 1]){exchange = 1;Swap(&arr[j], &arr[j + 1]);}}if (exchange == 0){break;}}
}
typedef int STDataType;
//栈的定义
typedef struct Stack
{STDataType* arr;//所存储的数据int size;//有效数据的个数int capacity;//所能存储的数据个数
}ST;
//栈的初始化
void SLInit(ST* st)
{assert(st);st->arr = NULL;st->size = st->capacity = 0;
}
//入栈
void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{assert(ps);if (ps->size == ps->capacity){int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->arr, newcapacity * sizeof(STDataType));//我们这个元素的扩容是在数组上进行操作的，所以我们要这样写if (tmp == NULL){//增容失败perror("realloc fail!\n");exit(1);}ps->arr = tmp;ps->capacity = newcapacity;}ps->arr[ps->size++] = x;
}
//判断栈是否为空
bool StackEmpty(ST* ps)
{assert(ps);return ps->size == 0;//有效数据为0个时，栈就会为空
}
//出栈
void StackPop(ST* ps)
{assert(!StackEmpty(ps));//这个！一定要加上去，如果为true，则栈中没有数据ps->size--;
}
//取栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{assert(!StackEmpty(ps));return ps->arr[ps->size - 1];
}
//销毁栈
void STDestroy(ST* ps)
{//如果栈本来就没申请空间，就不需要销毁了//所以我们要加个判断条件if (ps->arr != NULL){//也可以写为ps->capacity!=0或ps->capacityfree(ps->arr);ps->arr = NULL;ps->size = ps->capacity = 0;}
}
bool isValid(char* s)
{ST st;//初始化SLInit(&st);char* pi = s;//用于遍历字符串while (*pi != '\0'){if (*pi == '(' || *pi == '[' || *pi == '{'){//入栈StackPush(&st, *pi);//记得把这个int改为char}else{//判断栈是否为空if (StackEmpty(&st)){//如果为空，直接返回为false//相当于出栈没有了return false;}//可以加个else语句//如果前面条件不成立，直接就跳出了这个函数了//取栈顶元素char top = STTop(&st);//记得出栈,否则之后取的都是一个元素StackPop(&st);//记得pi要解引用，之前我也写错了if ((top == '(' && *pi != ')') || (top == '[' && *pi != ']') || (top == '{' && *pi != '}')){//先返回false的，只有满足所有条件才能返回truereturn false;}}pi++;//记得调整pi，否则会死循环}//如果直接返回的话，就没办法销毁链表bool ret = StackEmpty(&st) ? true : false;//销毁链表STDestroy(&st);return ret;
}
//lomuto前后指针法
int _QuickSort(int* arr, int left, int right)
{int prev = left;int cur = prev + 1;//key也可以不创建，之后又不会发生改变，只是方便理解而已int key = left;while (cur <= right){if (arr[cur] < arr[key] && ++prev != cur){//我们如果把一个位置的数进行交换是没必要的//并且如果把++prev放到前面就会先执行该语句会出错Swap(&arr[cur], &arr[prev]);}++cur;}Swap(&arr[prev], &arr[key]);return prev;
}
快速排序
//void QuickSort(int* arr, int left, int right)
//{
//	if (left >= right)
//	{
//		return;
//	}
//	//找基准值并进行排序
//	int key = _QuickSort(arr, left, right);
//	//把数组分为三部分： [left,key-1] key [key+1,right]
//	QuickSort(arr, left, key - 1);
//	QuickSort(arr, key + 1, right);
//}
// 之前没有在代码中实现这个函数，所以在这里添上
// 取栈顶元素
STDataType StackTop(ST* ps)
{assert(!StackEmpty(ps));return ps->arr[ps->size - 1];
}非递归版本的快速排序
//void QuickSort(int* arr, int left, int right)
//{
//	ST st;
//	SLInit(&st);
//	//先让right和left入栈，防止栈为空
//	StackPush(&st, right);
//	StackPush(&st, left);
//	while (!StackEmpty(&st))
//	{
//		//取栈顶元素
//		int begin = StackTop(&st);
//		//要出栈
//		StackPop(&st);
//		int end = StackTop(&st);
//		StackPop(&st);
//		//对[begin,end]使用双指针法
//		int prev = begin;
//		int cur = prev + 1;
//		int key = begin;
//		while (cur <= end)
//		{
//			if (arr[cur] < arr[key] && ++prev != cur)
//			{
//				Swap(&arr[prev], &arr[cur]);
//			}
//			++cur;
//		}
//		Swap(&arr[key], &arr[prev]);
//		//记得加上这句话，之前递归的是直接返回了prev，而这里不行，我刚刚也没发现问题
//		key = prev;
//		//数组分为以下三部分：[begin,prev-1]prev [prev+1,end]
//		//先入右子数组
//		//从右至左开始入
//		if (prev + 1 < end)
//		{
//			StackPush(&st, end);
//			StackPush(&st, prev + 1);
//		}
//		//再入左子数组
//		if (key - 1 > begin)
//		{
//			StackPush(&st, key - 1);
//			StackPush(&st, begin);
//		}
//	}
//	STDestroy(&st);
//}
//自省排序
void IntroSort(int* a, int left, int right, int depth, int defaultDepth)
{if (left >= right){return;}//数组长度小于16的小数组视为插入排序，简单递归次数if (right - left + 1 < 16){InsertSort1(a + left, right - left + 1);return;}//当深度超过2*logN,则改为堆排序if (depth > defaultDepth){HeapSort(a + left, right - left + 1);return;}//其他情况我们直接用上一讲讲过的排序方法depth++;int begin = left;int end = right;//随机选keyint randi = left + (rand() % (right - left));Swap(&a[left], &a[randi]);int prev = left;int cur = prev + 1;int key = left;while (cur <= right){if (a[cur] < a[key] && ++prev != cur){Swap(&a[prev], &a[cur]);}++cur;}Swap(&a[prev], &a[key]);key = prev;//[begin,key-1] [key,key] [key+1,end]IntroSort(a, begin, key - 1, depth, defaultDepth);IntroSort(a, key + 1, end, depth, defaultDepth);
}
//快速排序
void QuickSort(int* a, int left, int right)
{int depth = 0;int logn = 0;int N = right - left + 1;//这个i要从1开始，不然就死循环//我也是找了20分钟才发现的！for (int i = 1; i < N; i *= 2){logn++;}//防止快速排序退化IntroSort(a, left, right, depth, logn * 2);
}
//测试
int main()
{int a[] = { 4,3,8,2,1,9,0,7,6,5 };int n = sizeof(a) / sizeof(a[0]);printf("排序之前： ");for (int i = 0; i < n; i++){printf("%d ", a[i]);}QuickSort(a, 0, n - 1);printf("\n排序之后： ");for (int i = 0; i < n; i++){printf("%d ", a[i]);}return 0;
}
// 测试排序的性能对⽐
void TestOP()
{srand(time(0));const int N = 100000;int* a1 = (int*)malloc(sizeof(int) * N);int* a2 = (int*)malloc(sizeof(int) * N);int* a3 = (int*)malloc(sizeof(int) * N);int* a4 = (int*)malloc(sizeof(int) * N);int* a5 = (int*)malloc(sizeof(int) * N);//int* a6 = (int*)malloc(sizeof(int) * N);int* a7 = (int*)malloc(sizeof(int) * N);for (int i = 0; i < N; ++i){a1[i] = rand();a2[i] = a1[i];a3[i] = a1[i];a4[i] = a1[i];a5[i] = a1[i];//a6[i] = a1[i];a7[i] = a1[i];}int begin1 = clock();InsertSort1(a1, N);int end1 = clock();int begin2 = clock();ShellSort1(a2, N);int end2 = clock();int begin3 = clock();SelectSort1(a3, N);int end3 = clock();int begin4 = clock();HeapSort01(a4, N);int end4 = clock();int begin5 = clock();QuickSort(a5, 0, N - 1);int end5 = clock();//int begin6 = clock();//MergeSort(a6, N);//int end6 = clock();int begin7 = clock();BubbleSort(a7, N);int end7 = clock();printf("InsertSort:%d\n", end1 - begin1);printf("ShellSort:%d\n", end2 - begin2);printf("SelectSort:%d\n", end3 - begin3);printf("HeapSort:%d\n", end4 - begin4);printf("QuickSort:%d\n", end5 - begin5);//printf("MergeSort:%d\n", end6 - begin6);printf("BubbleSort:%d\n", end7 - begin7);free(a1);free(a2);free(a3);free(a4);free(a5);//free(a6);free(a7);
}
//int main()
//{
//	TestOP();
//}

运行结果如下：

这个代码是完全复制之前的，所以有些函数是已经没有用处的，至于有些东西和我们排序算法有区别的地方需要自己去理解了，因为这是适用于所有情况的排序算法，太长也很正常，之前的排序总有不适用的情况，需要自己去解决了哦！