「C系列」C 排序算法

一、C 排序算法

在C语言中，有多种排序算法可以实现，每种算法都有其特点和适用场景。以下是一些常见的排序算法及其在C语言中的简要描述：

1. 冒泡排序（Bubble Sort）

冒泡排序是一种简单的排序算法，它重复地遍历要排序的数列，一次比较两个元素，如果他们的顺序错误就把他们交换过来。遍历数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换，也就是说该数列已经排序完成。

void bubbleSort(int arr[], int n) {for (int i = 0; i < n-1; i++) {for (int j = 0; j < n-i-1; j++) {if (arr[j] > arr[j+1]) {// 交换 arr[j] 和 arr[j+1]int temp = arr[j];arr[j] = arr[j+1];arr[j+1] = temp;}}}
}

2. 选择排序（Selection Sort）

选择排序是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是首先在未排序序列中找到最小（或最大）元素，存放到排序序列的起始位置，然后，再从剩余未排序元素中继续寻找最小（或最大）元素，然后放到已排序序列的末尾。以此类推，直到所有元素均排序完毕。

void selectionSort(int arr[], int n) {for (int i = 0; i < n-1; i++) {int min_idx = i;for (int j = i+1; j < n; j++) {if (arr[j] < arr[min_idx]) {min_idx = j;}}// 交换 arr[i] 和 arr[min_idx]int temp = arr[i];arr[i] = arr[min_idx];arr[min_idx] = temp;}
}

3. 插入排序（Insertion Sort）

插入排序的工作原理是通过构建有序序列，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。

void insertionSort(int arr[], int n) {for (int i = 1; i < n; i++) {int key = arr[i];int j = i-1;while (j >= 0 && arr[j] > key) {arr[j+1] = arr[j];j = j-1;}arr[j+1] = key;}
}

4. 快速排序（Quick Sort）

快速排序是一种高效的排序算法，它采用分而治之的策略。通过一趟排序将待排记录分隔成独立的两部分，其中一部分记录的关键字均比另一部分的关键字小，则可分别对这两部分记录继续进行排序，以达到整个序列有序。

// 快速排序的完整实现较为复杂，这里仅提供基本框架
void quickSort(int arr[], int left, int right) {// ... 实现快速排序的代码 ...
}

5. 归并排序（Merge Sort）

归并排序是建立在归并操作上的一种有效的排序算法。该算法是采用分治法（Divide and Conquer）的一个非常典型的应用。将已有序的子序列合并，得到完全有序的序列；即先使每个子序列有序，再使子序列段间有序。若将两个有序表合并成一个有序表，称为2-路归并。

// 归并排序的完整实现也较为复杂，这里仅提供基本框架
void mergeSort(int arr[], int left, int right) {// ... 实现归并排序的代码 ...
}

二、C 排序算法-应用场景

C语言中的排序算法在多种场景下都有广泛的应用，包括但不限于数据库管理、图像处理、金融交易等领域，以及需要对数据进行分类或排序的各类应用场景。以下是对几种常见排序算法的应用场景及案例的归纳：

1. 冒泡排序（Bubble Sort）

应用场景：

• 教学和初学者练习：由于冒泡排序的实现简单易懂，即使没有学习过算法的人也可以很快地掌握其基本思想和实现方法，因此在教学或初学者练习等场合中，冒泡排序依然是一个不错的选择。
• 接近有序的数据排序：当待排序数组已经接近有序时，冒泡排序的时间复杂度会降低到O(n)，这时它的性能甚至可能比高级排序算法还要好。

案例：

• 考试成绩排序：对于一个小规模的学生考试成绩数组，可以使用冒泡排序进行排序，以便快速查看学生的成绩排名。

2. 选择排序（Selection Sort）

应用场景：

• 数据规模较小或内存限制严格的场景：由于选择排序的空间复杂度较低（O(1)），且实现简单，因此适用于数据规模较小或内存限制严格的场景。
• 需要保持相同元素相对位置的场景：选择排序是稳定的排序算法，因此在需要保持相同元素相对位置的场景中，如排序字符串或结构体数组时，选择排序也是一个不错的选择。

案例：

• 链表排序：由于链表数据结构的特点，选择排序在链表排序中具有较好的性能表现。例如，可以将链表中的节点按照某个键值进行排序。

3. 插入排序（Insertion Sort）

应用场景：

• 小规模数据或已接近有序的数据排序：对于小规模数据或者已经接近有序的数据，插入排序的效率会更高。此外，由于插入排序只需要使用常数级别的额外空间，因此它是一种稳定的排序算法。
• 排序链表等特殊场景：在排序链表等特殊场景中，插入排序也具有较好的性能表现。

案例：

• 手牌排序：在扑克牌游戏中，对于玩家手中的牌进行排序时，可以使用插入排序算法，因为牌的数量通常不会太大，且已接近有序（按照花色和点数排序）。

4. 快速排序（Quick Sort）

应用场景：

• 大规模数据排序：快速排序是处理大规模数据的常用算法之一，其平均时间复杂度为O(nlogn)，在实际应用中表现出色。
• 多种数据结构和类型排序：快速排序不仅适用于数组排序，还可以方便地扩展到其他数据结构和类型（如链表、结构体等）的排序。

案例：

• 数据库查询优化：在数据库查询优化中，经常需要对查询结果进行排序。对于大规模数据查询结果，可以使用快速排序算法进行快速排序，提高查询效率。

5. 归并排序（Merge Sort）

应用场景：

• 外部排序和链表排序：归并排序在处理外部排序（即数据存储在磁盘等外部存储介质上）和链表排序时表现出色。它可以将数据分成小块进行独立排序，然后再将有序的小块合并成一个大的有序序列。
• 需要稳定排序的场景：归并排序是稳定的排序算法，在需要保持相同元素相对位置的场景中表现出色。

案例：

• 文件排序：对于存储在文件中的大量数据进行排序时，可以使用归并排序算法。首先将数据分成多个小块并分别排序，然后将有序的小块合并成一个大的有序文件。

三、相关链接

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2. Sublime Text下载地址
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12. 「C系列」C 作用域规则
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14. 「C系列」C enum(枚举)
15. 「C系列」C 指针及其应用案例