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「C系列」C 排序算法

文章目录

  • 一、C 排序算法
  • 二、C 排序算法-应用场景
    • 1. 冒泡排序(Bubble Sort)
    • 2. 选择排序(Selection Sort)
    • 3. 插入排序(Insertion Sort)
    • 4. 快速排序(Quick Sort)
    • 5. 归并排序(Merge Sort)
  • 三、相关链接

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;}}}
}
  1. 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;}
}
  1. 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;}
}
  1. 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 ...
}
  1. 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

  1. Visual Studio Code下载地址
  2. Sublime Text下载地址
  3. 「C系列」C 简介
  4. 「C系列」C 基本语法
  5. 「C系列」C 数据类型
  6. 「C系列」C 变量及常见问题梳理
  7. 「C系列」C 常量
  8. 「C系列」C 存储类
  9. 「C系列」C 运算符
  10. 「C系列」C 判断/循环
  11. 「C系列」C 函数
  12. 「C系列」C 作用域规则
  13. 「C系列」C 数组
  14. 「C系列」C enum(枚举)
  15. 「C系列」C 指针及其应用案例

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