几种常见的排序算法的实现与性能分析数据结构课程设计报告概要.docx

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几种常见的排序算法的实现与性能分析数据结构课程设计报告概要

 

课程设计(论文)

 

题目名称几种常见的排序算法的实现与性能分析

课程名称数据结构课程设计

学生姓名

学号

系、专业信息工程系、通信工程

指导教师

 

2012年12月23日

摘要

设计一个测试程序比较起泡排序、直接排序、简单选择排序、快速排序、希尔排序、堆排序算法的关键字比较次数和移动次数。

运用多种自定义函数,通过在主函数中调用自定义函数,实现其功能,最后输出相应算法的比较次数(至少有五种不同的数据)和移动次数(关键字的交换记为三次移动)。

从而直观的判断各内部排序算法性能的优劣性。

关键词:

起泡排序;直接排序;简单选择排序;快速排序;希尔排序;堆排序;内部排序;直观;比较次数;移动次数

 

1问题描述

设计一个测试程序比较起泡排序、直接排序、简单选择排序、快速排序、希尔排序、堆排序算法的关键字比较次数和移动次数以取得直观感受。

待排序表的表长不小于100,表中数据随机产生,至少用5组不同数据作比较,比较指标有:

关键字参加比较次数和关键字的移动次数(关键字交换记为3次移动)。

最后输出比较结果。

2需求分析

(1)用数组S来存放系统随机产生的100个数据,并放到R数组中,数据由程序随机产生,用户只需查看结果。

(2)利用全局变量times和changes来分别统计起泡排序、直接排序、简单选择排序、快速排序、希尔排序、堆排序算法的比较次数和移动次数,然后输出结果,并在每一次统计之后,将times和changes都赋值为0。

(3)在主函数中调用用户自定义函数,输出比较结果。

(4)本程序是对几种内部排序算法的关键字进行性能分析的程序,它分为以下几个部分:

a、建立数组;b、调用函数求比较和移动次数;c、输出结果。

3概要设计

3.1抽象数据类型定义

排序数据类型定义:

ADTpaixu{

数据对象:

D={aij|aij属于{1,2,3…},i,j>0}

数据关系:

R={|ai-1,ai∈D,i=2,...,n}

基本操作:

Insertsort();

初始条件:

数组已经存在。

基本思想:

将一个记录插入到已经排好序的有序列表中,从而得到了一个新的、记录新增1的有序表。

Shellsort();

初始条件:

数组已经存在。

基本思想:

先取定一个正整数d1

Bubblesort();

初始条件:

数组已经存在。

基本思想:

两两比较待排序记录的键值,并交换不满足顺序要求的那些偶对,直到全部满足顺序要求为止。

QuickSort(intlow,inthigh);

初始条件:

数组已经存在。

基本思想:

在待排序的n个记录中任取一个记录(通常取第一个记录),以该记录的键值为基准用交换的方法将所有记录分成两部分,所有键值比它小的安置在一部分,所有键值比它大的安置在另一部分,并把该记录排在两部分的中间,也就是该记录的最终位置。

这个过程称为一趟快速排序。

然后分别对所划分的两部分重复上述过程,一直重复到每部分内只有一个记录为止排序完成。

Selectsort();

初始条件:

数组已经存在。

基本思想:

每次从待排序的记录中选出键值最小(或最大)的记录,顺序放在已排序的记录序列的最后,直到全部排完。

对待排序的文件进行n-1趟扫描,第i趟扫描选出剩下的n-i+1个记录,并与第i个记录交换。

Heap();

初始条件:

数组已经存在。

基本思想:

对一组待排序的的键值,首先是把它们按堆的定义排列成一个序列(称为初建堆),这就找到了最小键值,然后把最小的键值取出,用剩下的键值再重建堆,便得到次小键值,如此反复进行,知道把全部键值排好序为止。

}ADT排序

3.2模块划分

本程序包括两个模块:

(1)主程序模块

voidmain()

{

初始化;

随机数的产生;

调用子函数

};

(2)子函数模块:

实现直接插入排序的抽象数据类型。

实现希尔排序的抽象数据类型。

实现冒泡排序的抽象数据类型。

实现快速排序的抽象数据类型。

实现选择排序的抽象数据类型。

实现堆排序的抽象数据类型。

最后输出相应算法的比较次数(至少有五种不同的数据)和移动次数(关键字的交换记为三次移动)。

从而直观的判断各内部排序算法性能的优劣性。

4详细设计

4.1数据类型的定义

(1)直接插入排序类型:

voidInsertsort();

(2)希尔排序类型:

voidShellsort();

(3)冒泡排序类型:

voidBubblesort();

(4)快速排序类型:

voidQuickSort(intlow,inthigh);

(5)选择排序类型:

voidSelectsort();

(6)堆排序类型:

voidHeap();

4.2主要模块的算法描述

下面是主程序的结构图和几个主要模块的流程图:

循环

 

4.21主程序结构图

 

N

NY

Y

N

Y

 

4.22冒泡排序关键字比较次数和移动次数的流程图

 

N

Y

 

4.23选择排序关键字比较次数和移动次数的流程图

 

N

Y

 

4.24堆排序关键字比较次数和移动次数的流程图

5测试分析

进行了99趟排序后,得到了最终的排序结果,并且也知道了直接插入排序的比较次数和移动次数

了解了直接插入排序的性能后,下面是希尔排序的性能比较:

了解了希尔排序的性能后,下面是冒泡排序的性能比较:

了解了冒泡排序的性能后,下面是快速排序的性能比较:

了解了快速排序的性能后,下面是选择排序的性能比较:

了解了选择排序的性能后,下面是堆排序的性能比较:

以上就是对六种排序算法的一种演示,经过观察和分析我们可以比较六种排序的性能。

6课程设计总结

通过本次课程设计,我对直接插入排序,希尔排序,选择排序等六种排序的概念有了一个新的认识,也慢慢地体会到了它们之间的奥妙。

这次的课程设计,加强了我的动手,思考和解决问题的能力。

巩固和加深了我对数据结构的理解,也让我懂得了理论与实际相结合是非常重要的,更让我进一步明白了“团结就是力量”这句话的含义。

在整个设计过程中,构思是很花时间的。

调试时经常会遇到这样那样的错误,有的是因为粗心造成的语法错误。

当然,很多是因为用错了方法,总是实现不了。

同时在设计过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解的不够深刻,掌握的不够透彻。

根据我在课程设计中遇到的问题,我将在以后的学习过程中注意以下几点:

1、多在实践中锻炼自己;

2、写程序的过程中要考虑周到;

3、在做设计的时候要有信心,有耐心,切勿浮躁。

此次的课程设计得以顺利完成,与黄同成老师的耐心指导和同学们的及时帮助是分不开的。

当我在编写程序遇到难题时,是黄老师的耐心指导,我才可以突破一个个难关。

在程序设计过程中,同学们给我的鼓励和帮助使我信心倍增。

在此我再次向黄同成老师和热心帮助我的同学表示深深的谢意。

参考文献

[1]黄同成,黄俊民,董建寅.数据结构[M].北京:

中国电力出版社,2008

[2]董建寅,黄俊民,黄同成.数据结构实验指导与题解[M].北京:

中国电力出版社,2008

[3]严蔚敏,吴伟民.数据结构(C语言版)[M].北京:

清华大学出版社,2002

[4]刘振鹏,张晓莉,郝杰.数据结构[M].北京:

中国铁道出版社,2003

附录(源程序清单)

#include

#include

#include

#include

#defineL100

#defineFALSE0

#defineTRUE1

/*typedefstruct

{

intkey;

charotherinfo;

}RecType;*/

//typedefRecTypeSeqlist[L+1];

ints[100],R[100];

intnum;

inttimes=0,changes=0;

//SeqlistR;

voidInsertsort();

voidBubblesort();

voidQuickSort(intlow,inthigh);

voidShellsort();

voidSelectsort();

voidHeap();

intPartition();

voidmain()

{

//SeqlistS;

inti,k;

charch1,ch2,q;

printf("产生100个随机数:

\n");

srand((unsigned)time(NULL));

for(i=1;i<=L;i++)

{

s[i]=rand()%100;

}

for(i=1;i<=L;i++)

{

printf("%4d",s[i]);

}

printf("\n\t排序数据已经输入完毕!

");

for(i=1;i<=L;i++)

R[i]=s[i];

ch1='y';

while(ch1=='y'||ch1=='Y')

{

printf("\n\n\n\n\n\t\t\t排序性能分析\n");

printf("\t\t***************************************\n");

printf("\t\t*1--------直接插入排序---------*\n");

printf("\t\t*2--------希尔排序---------*\n");

printf("\t\t*3--------冒泡排序---------*\n");

printf("\t\t*4--------快速排序----------*\n");

printf("\t\t*5--------选择排序---------*\n");

printf("\t\t*6--------堆排序----------*\n");

printf("\t\t*0--------返回----------*\n");

printf("\t\t***************************************\n");

printf("\t\t请选择菜单号(0---6):

");

scanf("%c",&ch2);getchar();

for(i=1;i<=L;i++)

R[i]=s[i];

switch(ch2)

{

case'1':

Insertsort();break;

case'2':

Shellsort();break;

case'3':

Bubblesort();break;

case'4':

printf("\n\t\t尚未排序的数据为(回车继续):

");

for(k=1;k<=L;k++)

printf("%5d",R[k]);

getchar();printf("\n");

num=0;QuickSort(1,L);

break;

case'5':

Selectsort();break;

case'6':

Heap();break;

case'0':

ch1='n';break;

default:

printf("\t\t输入错误!

请重新输入!

\n\t\t");

}

if(ch2!

='0')

{

if(ch2=='2'||ch2=='3'||ch2=='4'||ch2=='5'||ch2=='6'||ch2=='7'||ch2=='8')

printf("\n\t排序演示输出完毕!

\n");

printf("\n\t请按回车键返回主菜单...");

q=getchar();

if(q!

='\xA')

{

getchar();ch1='n';

}

}

}

}

voidInsertsort()//直接插入排序

{

inti,j,k,m=0;

printf("\n\t\t尚未排序的数据为(回车继续):

");

for(k=1;k<=L;k++)

printf("%5d",R[k]);

getchar();

printf("\n");

for(i=2;i<=L;i++)

{

if(R[i]

{

R[0]=R[i];j=i-1;

while(R[0]

{

times++;

changes++;

R[j+1]=R[j];j--;

}

R[j+1]=R[0];

changes++;

}

m++;times++;

}

printf("\n\n");

printf("\t最终排序结果为:

");

for(i=1;i<=L;i++)

printf("%5d",R[i]);

printf("\n");

printf("\n\t直接插入排序的比较次数为%d",times);

printf("\n\t直接插入排序的移动次数为%d",changes);

times=0;

changes=0;

}

voidShellsort()//希尔排序

{

inti,j,gap,x,m=0,k;

printf("\n\t尚未排序的数据为(回车继续):

");

for(k=1;k<=L;k++)

printf("%5d",R[k]);

getchar();

printf("\n");

gap=L/2;

while(gap>0)

{

for(i=gap+1;i<=L;i++)

{

j=i-gap;

while(j>0)

{

times++;

if(R[j]>R[j+gap])

{

x=R[j];R[j]=R[j+gap];

R[j+gap]=x;

j=j-gap;

changes++;

}

else

j=0;

}

}

gap=gap/2;

m++;

}

printf("\n\n");

printf("\t最终排序结果为:

");

for(i=1;i<=L;i++)

printf("%5d",R[i]);

printf("\n");

printf("\n\t希尔排序的比较次数为%d",times);

printf("\n\t希尔排序的移动次数为%d",changes);

times=0;

changes=0;

}

voidBubblesort()//冒泡排序

{

inti,j,k;

intexchange;

printf("\n\t\t尚未排序的数据为(回车继续):

");

for(k=1;k<=L;k++)

printf("%5d",R[k]);

getchar();

printf("\n");

for(i=1;i<=L;i++)

{

exchange=FALSE;

for(j=L;j>=i+1;j--)

{

times++;

if(R[j]

{

R[0]=R[j];

R[j]=R[j-1];

R[j-1]=R[0];

exchange=TRUE;

changes+=3;

}}

if(exchange);

}

printf("\n\n");

printf("\t最终排序结果为:

");

for(i=1;i<=L;i++)

printf("%5d",R[i]);

printf("\n");

printf("\n\t冒泡排序的比较次数为%d",times);

printf("\n\t冒泡排序的移动次数为%d",changes);

times=0;

changes=0;

}

intPartition(inti,intj)//快速排序

{

intpirot=R[i];

while(i

{

while(i=pirot)

{j--;

times++;

}

if(i

{R[i++]=R[j];

changes++;

}

while(i

{i++;

times++;

}

if(i

{R[j--]=R[i];

changes++;

}

}

R[i]=pirot;

returni;

}

voidQuickSort(intlow,inthigh)

{

intpirotpos,k,i;

if(low

{

pirotpos=Partition(low,high);

num++;

QuickSort(low,pirotpos-1);

QuickSort(pirotpos+1,high);

}

printf("\n\n");

printf("\t最终排序结果为:

\n");

for(i=1;i<=L;i++)

printf("%5d",R[i]);

printf("\n");

printf("\n\t快速排序的比较次数为%d",times);

printf("\n\t快速排序的移动次数为%d",changes);

times=0;

changes=0;

}

voidSelectsort()//选择排序

{

inti,j,k,h;

printf("\n\t\t尚未排序的数据为(回车继续):

");

for(k=1;k<=L;k++)

printf("%5d",R[k]);

getchar();

printf("\n");

for(i=1;i<=L;i++)

{

h=i;

for(j=i+1;j<=L;j++)

{times++;

if(R[j]

h=j;

if(h!

=j)

{

R[0]=R[h];R[h]=R[i];R[i]=R[0];

changes+=3;

}

}

}

printf("\n\n");

printf("\t最终排序结果为:

");

for(i=1;i<=L;i++)

printf("%5d",R[i]);

printf("\n");

printf("\n\t选择排序的比较次数为%d",times);

printf("\n\t选择排序的比较次数为%d",changes);

times=0;

changes=0;

}

voidCreateHeap(introot,intindex)//建堆

{

intj,temp,finish;

j=2*root;

temp=R[root];

finish=0;

while(j<=index&&finish==0)

{

if(j

if(R[j]

{

j++;

times++;

}

if(temp>=R[j])

{

finish=1;//堆建立完成

times++;

}

else

{

R[j/2]=R[j];//父结点=当前结点

j=j*2;

changes++;

}

}

R[j/2]=temp;//父结点=root值

}

voidHeapSort()

{

inti,j,temp,k;

for(i=(L/2);i>=1;i--)//将二叉树转换成堆

CreateHeap(i,L);//建堆

for(i=L-1,k=1;i>=1;i--,k++)

{

temp=R[i+1];//堆(heap)的root值和最后一个值交换

R[i+1]=R[1];

R[1]=temp;

changes+=3;

CreateHeap(1,i);

}

}

voidHeap()

{intk;

printf("\n\t尚未排序的数据为(回车继续):

");

for(k=1;k<=L;k++)

printf("%5d",R[k]);

printf("\n\t");

getchar();

HeapSort();

printf("\n\n");

printf("\t最终排序结果为:

");

for(k=1;k<=L;k++)

printf("%5d",R[k]);

printf("\n");

printf("\n\t堆排序的比较次数为%d",times);

printf("\n\t堆排序的移动次数为%d",changes);

times=0;

changes=0;

}

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