数据结构c语言设计比较各种排序方法的效率.docx
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数据结构c语言设计比较各种排序方法的效率
课程设计说明书
设计名称：
程序设计语言强化课程设计
题目：
比较各种排序方法的效率
*******************
专业：
网络工程
班级：
10网络工程2
学号：
**********
*********************
日期：
2012年3月8日
课程设计任务书
一、设计题目
比较各种排序方法的效率
二、主要内容
选择四种以上的排序方法，采用随机生成的数据，登记并比较各个排序方法的比较次数和交换次数，验证各个排序方法效率的理论分析的结果。
三、具体要求
围绕课程设计的目的和意义，基本要求如下：
每次随机生成的数据不小于100个
采用顺序存储结构，登记多次结果
经过大量的统计计算，给出各种排序方法的平均效率的比较。
把统计结果与理论分析结论进行对照。
四、进度安排
1、资料查找、系统分析，概要设计；时间安排2天
2、系统详细设计、功能设计；时间安排2天
3、算法实现、编程调试；时间安排5-7天
4、资料整理、课程设计说明书编写。
时间安排1天
五、完成后应上交的材料
1、课程设计说明书（所使用的数据结构说明、程序流程图、功能模块图、核心算法等）
2、相关源程序文件
六、总评成绩
指导教师签名日期年月日
系主任审核日期年月日
一、设计任务的主要算法分析……………………………………………1
1.1主要算法具体分析………………………………………………2
二、程序的流程图…………………………………………………………3
各种排序算法的N-S图……………………………………3
1.总流程图模块…………………………………………3
2.直接插入排序模块…………………………………………4
3.冒泡排序模块…………………………………………5
4.简单选择模块……………………………………………5
5.快速排序模块……………………………………6
6.堆排序模块………………………………………6
三、各个模块的源代码…………………………………………………7
3．1各种排序算法………………………………………………7
1.直接插入排序函数…………………………………………7
2.冒泡排序函数………………………………………………8
3.简单选择排序函数…………………………………………9
4.快速排序函数………………………………………………10
5.堆排序函数…………………………………………………11
6.输出函数……………………………………………………13
7.随机生成函数…………………………………………………13
8.主函数…………………………………………………16
四、程序运行效果图……………………………………………………20
4.1登陆画面………………………………………………20
4.2各种排序结果显示画面（100个数据随机生成5次）…21
4.3总的、平均的比较次数和交换次数显示画面（100个数据随机生成5次）………………………………………………………………23
4.4总的、平均的比较次数和交换次数显示画面（1000个数据随机生成100次）……………………………………………………24
五、使用说明……………………………………………………………24六、设计心得…………………………………………………………24
6.1课程设计中遇到的主要问题和解决方法…………………24
6.2本程序的创新和得意之处…………………………………25
6.3设计中存在的不足及改进的设想…………………………25
6.4本次课程设计的感想和心得体会…………………………25
一.算法分析
直接插入排序：
将记录插入到已排好序的有序表中，得到一个新的，记录数增加的有序表。
冒泡排序：
是基于交换排序的一种算法。
它是依次两两比较待排序元素；若为逆序（递增或递减）则进行交换，将待排序元素从左至右比较一遍称为一趟“冒泡”。
每趟冒泡都将待排序列中的最大（小）关键字交换到最后位置，直到全部元素有序为止。
简单选择排序：
令i从1至n-1，进行n-1趟选择操作。
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。
堆排序：
使记录序列按关键字非递减有序排列，则在堆排序的算法中先建一个“大顶堆”，即先选得一个关键字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记录进行筛选，重新将它调整为一个“大顶堆”，如此反复直至排序结束。
随机生成函数：
用srand（（unsigned）time（NULL））随机生成数据并使用不同排序方法排序。
定义结构体数组
typedefintkeytype;//定义关键字类型为整型
typedefstruct{
keytypekey;
}datatype;//记录类型
datatypeR[MAXSIZE];//定义结构体数组
1.1主要算法具体分析：
这个排序算法设计个以静态结构体应用为基础加上C的基础语法一起的一个综合系统程序。
1主程序是goto语句和for循环的应用
2直接插入函数是一个将记录插入到已排好序的静态数组的应用
3冒泡排序函数是一个将数据不断交换排序的应用
4简单选择函数是一个从n-i+1个记录中选出最小关键字并和第i个记录交换的应用
5快速排序函数是一个将每趟记录分成独立两部分并比较交换的应用
6堆排序函数是一个将记录建成堆并交换的排序的应用
7随机生成函数是用srand（（unsigned）time（NULL））随机生成数据的应用
8输出函数是一个对排好序的组数输出的应用
二．程序的流程图
2.1总流程图
说明：
利用判断语句判断，若n<100则执行goto语句；利用for循环语句执行随机生成函数并输出结果。
2.2直接插入排序函数
说明：
利用外循环for语句，内嵌判断语句if（R[i].key
2.3冒泡排序函数
说明：
利用内外循环for语句，并判断if（R[j].key>R[j+1].key）进行排序。
2.4简单选择函数
说明：
for外循环，内嵌for循环和判断语句来进行选择交换排序。
2.5快速排序函数
说明：
判断if（low2.6堆排序函数
说明：
执行第一个for循环，不断调用HeapAdjust（R,i,n）函数；执行第二个for循环，不断交换数据和HeapAdjust（R,1,i-1）函数。
三．原代码程序
3.1各种排序算法
#include
#include
#include
#include
#defineMAXSIZE50000
typedefintkeytype;//定义关键字类型为整型
typedefstruct{
keytypekey;
}datatype;//记录类型
datatypeR[MAXSIZE];//定义结构体数组
inta[5]={0},b[5]={0};//分别定义比较次数和交换次数
doublec[5],Ttime;
//<一>直接插入排序
voidInsert_Sort（datatypeR[],intn）//直接插入排序
{
inti,j;
for（i=2;i<=n;++i）
{
a[0]++;
if（R[i].keyR[0]=R[i];//复制为哨兵
R[i]=R[i-1];
b[0]+=2;
for（j=i-2;R[0].key{R[j+1]=R[j];//记录后移
b[0]++;
a[0]++;
}
if（j!
=0）a[0]++;
R[j+1]=R[0];//插入到正确位置
b[0]++;
}
}
}
//<二>冒泡排序
voidBubble_Sort（datatypeR[],intn）//冒泡排序
{
inti,j;
for（i=1;i<=n-1;i++）
for（j=1;j<=n-i;j++）
{
a[1]++;
if（R[j].key>R[j+1].key）
{
R[0]=R[j];
R[j]=R[j+1];//将R[j]与R[j+1]交换
R[j+1]=R[0];
b[1]+=3;
}
}
}
//<三>简单选择排序
voidSelect_Sort（datatypeR[],intn）//简单选择排序
{
inti,j,k;
for（i=1;i{
k=i;
for（j=i+1;j<=n;j++）
{
a[2]++;
if（R[j].keyk=j;}
if（i!
=k）
{
R[0]=R[k];
R[k]=R[i];//将R[k]与R[i]交换
R[i]=R[0];
b[2]+=3;
}
}
}
//<四>快速排序
intPartition（datatypeR[],intlow,inthigh）
{
intpivotkey;
R[0]=R[low];
b[3]++;
pivotkey=R[low].key;//枢轴记录关键字
while（low{
while（low=pivotkey）
{a[3]++;--high;}
if（low{R[low]=R[high];//将比枢轴记录小的记录移到低端
a[3]++;b[3]++;}
while（low{a[3]++;++low;}
if（low{R[high]=R[low];//将比枢轴记录大的记录移到高端
a[3]++;b[3]++;}
}
R[low]=R[0];b[3]++;
returnlow;//返回枢轴位置
}//Partition
voidQSort（datatypeR[],intlow,inthigh）//快速排序
{
inti;
if（low{
i=Partition（R,low,high）;//将R[low..high]一分为二
QSort（R,low,i-1）;//对低子表递归排序，i是枢轴位置
QSort（R,i+1,high）;//对高子表递归排序
}
}//QSort
//<五>堆排序
voidHeapAdjust（datatypeR[],ints,intm）
{
datatyperc;intj;
rc=R[s];
for（j=2*s;j<=m;j*=2）//沿key较大的孩子节点向下筛选
{
if（j{a[4]++;++j;}//j为key较大记录的下标
if（ja[4]++;
if（rc.key>R[j].key）break;
R[s]=R[j];b[4]++;
s=j;
}
R[s]=rc;//插入
}//HeapAdjust
voidHeapSort（datatypeR[],intn）//堆排序
{
inti;
for（i=n/2;i>0;--i）
HeapAdjust（R,i,n）;//将R[1..n]建成大顶堆
for（i=n;i>1;--i）
{
R[0]=R[1];
R[1]=R[i];//将R[1]与R[i]交换
R[i]=R[0];
b[4]+=3;
HeapAdjust（R,1,i-1）;//将R[1..i-1]重新调整为大顶堆
}
}//HeapSort
//<六>输出函数
voidPri（datatypeR[],intn）//输出函数
{
inti;
for（i=1;i<=n;i++）
printf（"%d",R[i].key）;
printf（"\n"）;
}
//<七>随机生成函数
voidrand_select（intn）//随机生成函数
{
inti;
LARGE_INTEGERm_liPerfFreq={0};LARGE_INTEGERm_liPerfStart={0};
LARGE_INTEGERliPerfNow={0};
datatypeR1[MAXSIZE],
R2[MAXSIZE],R3[MAXSIZE],R4[MAXSIZE];
for（i=1;i<=n;i++）
{
printf（"%d",R[i].key=rand（）%n）;
}
printf（"\n"）;
for（i=1;i<=n;i++）
R1[i].key=R[i].key;
for（i=1;i<=n;i++）
R2[i].key=R[i].key;
for（i=1;i<=n;i++）
R3[i].key=R[i].key;
for（i=1;i<=n;i++）
R4[i].key=R[i].key;
QueryPerformanceFrequency（&m_liPerfFreq）;
QueryPerformanceCounter（&m_liPerfStart）;//计时开始
Insert_Sort（R,n）;//直接插入排序
QueryPerformanceCounter（&liPerfNow）;//计时结束
Ttime=（（liPerfNow.QuadPart）-（m_liPerfStart.QuadPart））
*1000.0/m_liPerfFreq.QuadPart;
c[0]+=Ttime;
printf（"插入排序后数据的顺序:
\n"）;
Pri（R,n）;
QueryPerformanceFrequency（&m_liPerfFreq）;
QueryPerformanceCounter（&m_liPerfStart）;//计时开始
Bubble_Sort（R1,n）;//冒泡排序
QueryPerformanceCounter（&liPerfNow）;//计时结束
Ttime=（（liPerfNow.QuadPart）-（m_liPerfStart.QuadPart））
*1000.0/m_liPerfFreq.QuadPart;
c[1]+=Ttime;
printf（"冒泡排序后数据的顺序:
\n"）;
Pri（R1,n）;
QueryPerformanceFrequency（&m_liPerfFreq）;
QueryPerformanceCounter（&m_liPerfStart）;//计时开始
Select_Sort（R2,n）;//简单选择排序
QueryPerformanceCounter（&liPerfNow）;//计时结束
Ttime=（（liPerfNow.QuadPart）-（m_liPerfStart.QuadPart））
*1000.0/m_liPerfFreq.QuadPart;
c[2]+=Ttime;
printf（"简单排序数据的顺序:
\n"）;
Pri（R2,n）;
QueryPerformanceFrequency（&m_liPerfFreq）;
QueryPerformanceCounter（&m_liPerfStart）;//计时开始
QSort（R3,1,n）;//快速排序
QueryPerformanceCounter（&liPerfNow）;//计时结束
Ttime=（（liPerfNow.QuadPart）-（m_liPerfStart.QuadPart））
*1000.0/m_liPerfFreq.QuadPart;
c[3]+=Ttime;
printf（"快速排序后数据的顺序:
\n"）;
Pri（R3,n）;
QueryPerformanceFrequency（&m_liPerfFreq）;
QueryPerformanceCounter（&m_liPerfStart）;//计时开始
HeapSort（R4,n）;//堆排序
QueryPerformanceCounter（&liPerfNow）;//计时结束
Ttime=（（liPerfNow.QuadPart）-（m_liPerfStart.QuadPart））
*1000.0/m_liPerfFreq.QuadPart;
c[4]+=Ttime;
printf（"堆排序后数据的顺序:
\n"）;
Pri（R4,n）;
}
//<八>主函数
voidmain（）
{
inti,n,t;srand（（unsigned）time（NULL））;//使用系统定时/计数器的值
//做为随机种子每次运行，显示的随机数会是伪随机数,结果都不同
printf（"\n"）;
printf（"\n"）;
printf（"\n"）;
printf（"*------------------------*\n"）;
m:
printf（"|请输入随机生成数据的个数|\n"）;
printf（"*------------------------*\n"）;
scanf（"%d",&n）;
if（n<100）
{
printf（"取数个数不能小于100,请重新输入\n"）;
gotom;
}
printf（"\n"）;
printf（"\n"）;
printf（"*--------------------*\n"）;
printf（"|请输入随机生成的次数|\n"）;
printf（"*--------------------*\n"）;
scanf（"%d",&t）;
printf（"\n"）;
for（i=0;i{
printf（"电脑第%d次随机生成数据为:
\n",i+1）;
rand_select（n）;
printf（"统计第%d次随机数据的比较次数和交换次数为\n",i+1）;
printf（"*------------------------------------------------------*\n"）;
printf（"********排序方式比较次数交换次数耗时\n"）;
printf（"\n"）;
printf（"********直接%-10d\t%-10d\t%-12f\n",a[0],b[0],c[0]）;
printf（"\n"）;
printf（"********冒泡%-10d\t%-10d\t%-12f\n",a[1],b[1],c[1]）;
printf（"\n"）;
printf（"********简单选择%-10d\t%-10d\t%-12f\n",a[2],b[2],c[2]）;
printf（"\n"）;
printf（"********快速排序%-10d\t%-10d\t%-12f\n",a[3],b[3],c[3]）;
printf（"\n"）;
printf（"********堆排序%-10d\t%-10d\t%-12f\n",a[4],b[4],c[4]）;
printf（"*------------------------------------------------------*\n"）;
printf（"\n"）;
}
printf（"求得平均比较次数和平均移动次数为\n"）;
printf（"*------------------------------------------------------*\n"）;
printf（"********排序方式平均比较次数平均交换次数平均耗时\n"）;
printf（"\n"）;
printf（"********直接%-10d\t%-10d\t%-12f\n",a[0]/t,b[0]/t,c[0]/t）;
printf（"\n"）;
printf（"********冒泡%-10d\t%-10d\t%-12f\n",a[1]/t,b[1]/t,c[1]/t）;
printf（"\n"）;
printf（"********简单选择%-10d\t%-10d\t%-12f\n",a[2]/t,b[2]/t,c[2]/t）;
printf（"\n"）;
printf（"********快速排序%-10d\t%-10d\t%-12f\n",a[3]/t,b[3]/t,c[3]/t）;
printf（"\n"）;
printf（"********堆排序%-10d\t%-10d\t%-12f\n",a[4]/t,b[4]/t,c[4]/t）;
printf（"*-------------------------------------------------------*\n"）;
}
4程序运行效果
4.1登陆界面（100个数据随机生成5次）
4.2各种排序结果显示画面（100个数据随机生成5次）
第1次生成画面：
（100个数据随机生成5次）
第5次生成画面：
4.3总的和平均的比较次数和交换次数显示
（100个数据随机生成5次）
4.4总的和平均的比较次数和交换次数显示
（1000个数据随机生成100次）
五．使用说明
本设计比较各种排序算法的效率能在家用或公用计算机上的VC软件上使用.
六．设计心得
（1）课程设计中遇到的主要问题和解决方法：
上学期刚学完数据结构这本书，毕竟都很少实践操作，做这个比较排序算法的效率都有些挑战，在这个课程设计中，主要是对于一些基本的知识，熟悉程度不够，特别是对于比较次数和交换次数的统计，刚开始是跟理论值相差甚大，然后自己看了好几遍的书和上网看了一些例题，
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