C语言课程设计各种排序算法的设计和分析.docx
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C语言课程设计各种排序算法的设计和分析
C语言课程设计---各种排序算法的设计和分析
华中科技大学文华学院
数据结构
课
程
设
计
姓名:
学号:
学部:
信息科学与技术学部
专业:
班级:
题目:
各种排序算法的设计和分析
教师:
2013年03月07日
一.课程设计报告的内容
1.设计题目
2.运行环境(软、硬件环境)
3.算法设计的思想
4.算法的流程图
5.算法设计分析
6.源代码
7.运行结果分析
8.收获及体会
二.《数据结构》课程设计题目各种排序算法的设计和分析
1.设计题目
(1)、需求分析
利用随机函数产生N个随机整数(N=4000),利用直接插入排序、折半插入排序,起泡排序、快速排序、选择排序、堆排序,基数排序七种排序方法(可添加其它排序方法)进行排序(结果为由小到大的顺序),并统计每一种排序所耗费的时间。
把排序花的时间排在表格里面。
(2)、程序的主要功能
1.用户输入任意个数,产生相应的随机数
2.用户可以自己选择排序方式(直接插入排序、折半插入排序、起泡排序、快速排序、选择排序、堆排序、基数排序)的一种
3.程序给出原始数据、排序后从小到大的数据,并给出排序所用的时间。
(3)、程序运行平台
VisualC++6.0版本
(4)、数据结构
(5)、算法及时间复杂度
(一)各个排序是算法思想:
(1)直接插入排序:
将一个记录插入到已排好的有序表中,从而得到一个新的,记录数增加1的有序表。
(2)折半插入排序:
插入排序的基本插入是在一个有序表中进行查找和插入,这个查找可利用折半查找来实现,即为折半插入排序。
(3)起泡排序:
首先将第一个记录的关键字和第二个记录的关键字进行比较,若为逆序,则将两个记录交换,然后比较第二个记录和第三个记录的关键字。
依此类推,直到第N-1和第N个记录的关键字进行过比较为止。
上述为第一趟排序,其结果使得关键字的最大纪录被安排到最后一个记录的位置上。
然后进行第二趟起泡排序,对前N-1个记录进行同样操作。
一共要进行N-1趟起泡排序。
(4)快速排序:
通过一趟排序将待排记录分割成独立的两部分,其中一部分记录的关键字均比另一部分记录的关键字小,则可分别对这两部分记录继续进行排序,已达到整个序列有序。
(5)选择排序:
通过N-I次关键字间的比较,从N-I+1个记录中选出关键字最小的记录,并和第I(1<=I<=N)个记录交换。
(6)堆排序:
在堆排序的算法中先建一个大顶堆,既先选得一个关键字作为最大的记录并与序列中最后一个记录交换,然后对序列中前N-1记录进行选择,重新将它调整成一个大顶堆,如此反复直到排序结束。
(7)基数排序:
按最低位优先法先对低位关键字进行排序,直到对最高位关键字排序为止,经过若干次分配和收集来实现排序
(二)时间复杂度分析
排序算法
最差时间
时间复杂度
是否稳定?
插入排序
O(n2)
O(n2)
稳定
冒泡排序
O(n2)
O(n2)
稳定
快速排序
O(n2)
O(n*log2n)
不稳定
选择排序
O(n2)
O(n2)
稳定
堆排序
O(n*log2n)
O(n*log2n)
不稳定
基数排序
O(n*log2n)
O(n2)
稳定
4000个数据的时间比较:
算法名称
用时
直接插入排序
0.062
折半插入排序
0.047
起泡排序
0.188
快速排序
0.000
选择排序
0.078
堆排序
0.000
基数排序
0.000
(三)源代码:
代码如下:
#include
#include
#include
#defineN4000
voidInsertSort()//第一个插入排序
{
inti,j,t;
inta[N];
for(i=0;i{
a[i]=(int)rand();
printf("%d",a[i]);
}
printf("\n");
for(i=1;i{
t=a[i];
for(j=i-1;j>=0&&t>a[t];j--)
{
a[j+1]=a[j];
a[j+1]=t;
}
}
for(i=0;i{
printf("插入排序的程序:
%d\n",a[i]);
}
}
voidBInsertSort()//第二个,折半插入排序
{
inti=0,j=0,low=0,high=0,m=0;
for(i=0;i{
a[i]=(int)rand();
printf("%d",a[i]);
}
printf("\n");
for(i=2;i<=N;++i)
{
L[0]=L[i];
low=1;high=i-1;
while(low<=high){
m=(low+high)/2;
if(L[0]high=m-1;
else
low=m+1;
}
for(j=i-1;L[0]L[j+1]=L[j];//记录后移
L[high+1]=L[0];//插入
}
}
voidBubbleSort()//第三个,冒泡排序
{
inti,j,l;
inta[N];
for(i=0;i{
a[i]=(int)rand();
printf("%d",a[i]);
}
printf("\n");
for(i=0;i{
for(j=0;j{
if(a[i]>a[i+1])
{
l=a[i];
a[i]=a[i+1];
a[i+1]=l;
}
}
printf("输出的冒泡排序数:
%d",a[i]);
}
}
intQuickSort()//第四个,快速排序
{
intmid;
intdata[N];
intlow;
inthigh;
for(i=0;i{
a[i]=(int)rand();
printf("%d",a[i]);
}
printf("\n");
data[0]=data[low];
mid=data[low];
while(low{
while((low=mid))
{
--high;
}
data[low]=data[high];
while((low{
++low;
}
data[high]=data[low];
}
data[low]=data[0];
returnlow;
}
}
voidChooseSort()//第五个,选择排序
{
inti,j,k,l;
inta[N];
for(i=0;i{
a[i]=(int)rand();
printf("%d",a[i]);
}
printf("\n");
for(i=0;i<10;i++)
{
k=i;
for(j=i+1;j{
if(a[i]>a[j])
{
l=a[i];
a[i]=a[j];
a[j]=l;
}
}
printf("%d\n",a[i]);
}
}
intHeapSort()//第六个,堆排序
{
ints;
inti;
intr[N];
r[0]=r[s];
for(i=0;i{
a[i]=(int)rand();
printf("%d",a[i]);
}
for(i=2*s;i+1<=N;i*=2)
{
if(ii++;
if(r[0]>=r[i])
break;
r[s]=r[i];
s=i;
}
r[s]=r[0];
return1;
}
typedefstructnode{
intkey;
node*next;
}RecType;
StatusRadixSort(SqlistL)//第七个,基数排序
{
intt,i,j,k,d,n=1;
RecType*p,*s,*q,*head[10],*tail[10];
for(i=1;i<=L.length;i++)
{
s=(RecType*)malloc(sizeof(RecType));
s->key=L.r[i];
if(i==1)
{
q=s;
p=s;
t++;
}
else
{
q->next=s;
q=s;
t++;
}
q->next=NULL;
}
d=1;
while(n>0)
{
for(j=0;j<10;j++)
{
head[j]=NULL;
tail[j]=NULL;
}
while(p!
=NULL)
{
k=p->key/d;
k=k%10;
if(head[k]==NULL)
{
head[k]=p;
tail[k]=p;
}
else
{
tail[k]->next=p;
tail[k]=p;
}
p=p->next;
}
p=NULL;
for(j=0;j<10;j++)
{
if(head[j]!
=NULL)
{
if(p==NULL)
{
p=head[j];
q=tail[j];
}
else
{
q->next=head[j];
q=tail[j];
}
}
}
q->next=NULL;
d=d*10;
n=0;
m=1;
while(m<=N)
{
if((L.r[m]/d)!
=0)
{
n++;
m++;
}
else
m++;
}
}
i=1;
while(p!
=NULL)
{
L.r[i]=p->key;
i++;
p=p->next;
}
returnOK;
}
//主函数
voidmain()
{
printf("请输入figure:
");
scanf("%d",&figure);
clock_tstart,finish;//定义clock_t用于计时
doubleduration;
printf("\n**************************************************************************\n");
printf("\n");
printf("算法排序比较系统\n");
printf("\n");
printf("*************************************************************************\n");
printf("以下是各个排序算法的代号:
\n\n");
printf("一、直接插入排序\n");
printf("二、折半插入排序\n");
printf("三、冒泡排序\n");
printf("四、快速排序\n");
printf("五、选择排序\n");
printf("六、堆排序\n");
printf("七、基数排序\n");
printf("八、退出该系统\n\n");
switch(figure)
{
case1:
//直接插入排序
start=clock();
InsertSort();
finish=clock();
break;
case2:
//折半插入排序
start=clock();
BInsertSort();
finish=clock();
break;
case3:
//冒泡排序
start=clock();
BubbleSort();
finish=clock();
break;
case4:
//快速排序
start=clock();
QuickSort();
finish=clock();
break;
case5:
//选择排序
start=clock();
ChooseSort();
finish=clock();
break;
case6:
//堆排序
start=clock();
HeapSort();
finish=clock();
break;
case7:
//基数排序
start=clock();
RadixSort(l);
finish=clock();
break;
case8:
//直接退出
break;
}
duration=(double)(finish-start)/1000;//输出算术时间
printf("\n本次的时间是:
%lfseconds\n",duration);
}
感想体会与总结
1、做什么都需要耐心,做设计写程序更需要耐心。
一开始的时候,我写函数写的很快,可是等最后调试的时候发现错误很隐蔽,就很费时间了。
后来我先在纸上构思出函数的功能和参数,考虑好接口之后才动手编,这样就比较容易成功了。
2、做任何事情我决定都应该有个总体规划。
之后的工作按照规划逐步展开完成。
对于一个完整的程序设计,首先需要总体规划写程序的步骤,分块写分函数写,然后写完一部分马上纠错调试。
而不是像我第一个程序,一口气写完,然后再花几倍的时间调试。
一步步来,走好一步再走下一步。
写程序是这样,做项目是这样,过我们的生活更是应该这样。
3、感觉一开始设计结构写函数体现的是数据结构的思想,后面的调试则更加体现了人的综合素质,专业知识、坚定耐心、锲而不舍,真的缺一不可啊。
4、通过这次课设,不仅仅复习了C语言相关知识、巩固了数据结构关于栈和排序的算法等知识,更磨练了我的意志。
5、c语言是一门高效的高级语言,但是有些算法很难得掌握,不过通过不但的学习,相信会学的很好的。
好的算法+编程技巧+高效率=好的程序。