手撕八大排序算法（解析源码+图解）_手撕算法需要全写出来吗

八大排序算法

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一、插入排序

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1.代码实现

代码如下（示例）：

void InsertSort(int* a, int n)
{
	for (int i = 0; i < n - 1; ++i)
	{
		// [0,end]有序，把end+1位置的值插入，保持有序
		int end = i;
		int tmp = a[end + 1];
		while (end >= 0)
		{
			if (tmp < a[end])
			{
				a[end + 1] = a[end];
				--end;
			}
			else
			{
				break;
			}
		}
		a[end + 1] = tmp;
	}
}
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2.思路+图解

为了方便画图解，我们直接来排序 9 1 2 这三个数！

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二、希尔排序

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1.代码实现

代码如下（示例）：

void ShellSort(int* a, int n)
{
	int gap = n;
	while (gap > 1)
	{
		gap = gap / 3 + 1;
		//gap = gap / 2;

		for (int i = 0; i < n - gap; ++i)
		{
			int end = i;
			int tmp = a[end + gap];
			while (end >= 0)
			{
				if (tmp < a[end])
				{
					a[end + gap] = a[end];
					end -= gap;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
			a[end + gap] = tmp;
		}
	}
}
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2.思路+图解

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以上为希尔排序的第一步：预排序，以下为希尔排序的第二步：直接插入排序

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三、选择排序(优化版)

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1.代码实现

代码如下（示例）：

void SelectSort(int* a, int n)
{
	assert(a);
	int begin = 0, end = n - 1;
	while (begin < end)
	{
		int mini = begin, maxi = begin;
		for (int i = begin + 1; i <= end; ++i)
		{
			if (a[i] < a[mini])
				mini = i;

			if (a[i] > a[maxi])
				maxi = i;
		}
		Swap(&a[begin], &a[mini]);

		// 如果begin和maxi重叠，那么要修正一下maxi的位置
		if (begin == maxi)
		{
			maxi = mini;
		}
		Swap(&a[end], &a[maxi]);
		++begin;
		--end;
	}
}
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2.思路+图解

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四、堆排序

堆排序详细讲解在这里！！！

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1.代码实现

代码如下（示例）：

void AdjustDwon(int* a, int size, int parent)
{
 int child = parent * 2 + 1;
 while (child < size)
 {
  // 选出左右孩子中小/大的那个
  if (child + 1 < size && a[child + 1] > a[child])
  {
   ++child;
  }
  // 孩子跟父亲比较
  if (a[child] > a[parent])
  {
   Swap(&a[child], &a[parent]);
   parent = child;
   child = parent * 2 + 1;
  }
  else
  {
   break;
  }
 }
}
// 降序 -- 建小堆
// 升序 -- 建大堆
void HeapSort(int* a, int n)
{
 // 建堆方式2：O(N)
 for (int i = (n - 1 - 1) / 2; i >= 0; --i)
 {
  AdjustDwon(a, n, i);
 }
 // O(N*logN)
 int end = n - 1;
 while (end > 0)
 {
  Swap(&a[0], &a[end]);
  AdjustDwon(a, end, 0);
  --end;
 }
}
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2.思路+图解

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五、冒泡排序

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1.代码实现

代码如下（示例）：

void BubbleSort(int* a, int n)
{
	assert(a);

	for (int j = 0; j < n - 1; ++j)
	{
		int exchange = 0;
		for (int i = 1; i < n - j; ++i)
		{
			if (a[i - 1] > a[i])
			{
				Swap(&a[i - 1], &a[i]);
				exchange = 1;
			}
		}
		if (exchange == 0)
		{
			break;
		}
	}
}
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2.思路+图解

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六、快速排序

1.递归版本

（1）Hoare版本

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代码如下（示例）：

// Hoare
int PartSort1(int* a, int begin, int end)
{
	int left = begin, right = end;
	int keyi = left;
	while (left < right)
	{
		// 右边先走，找小
		while (left < right && a[right] >= a[keyi])
		{
			--right;
		}

		// 左边再走，找大
		while (left < right && a[left] <= a[keyi])
		{
			++left;
		}

		Swap(&a[left], &a[right]);
	}

	Swap(&a[keyi], &a[left]);
	keyi = left;

	return keyi;
}
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（2）挖坑法

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代码如下（示例）：

// 挖坑法
int PartSort2(int* a, int begin, int end)
{
	int key = a[begin];
	int piti = begin;
	while (begin < end)
	{
		// 右边找小，填到左边的坑里面去。这个位置形成新的坑
		while (begin < end && a[end] >= key)
		{
			--end;
		}
		a[piti] = a[end];
		piti = end;
		// 左边找大，填到右边的坑里面去。这个位置形成新的坑
		while (begin < end && a[begin] <= key)
		{
			++begin;
		}
		a[piti] = a[begin];
		piti = begin;
	}
	a[piti] = key;
	return piti;
}
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（3）前后指针法

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代码如下（示例）：

//快速排序（前后指针法）
void QuickSort3(int* a, int begin, int end)
{
	if (begin >= end)//当只有一个数据或是序列不存在时，不需要进行操作
		return;

	//三数取中
	int midIndex = GetMidIndex(a, begin, end);
	Swap(&a[begin], &a[midIndex]);

	int prev = begin;
	int cur = begin + 1;
	int keyi = begin;
	while (cur <= end)//当cur未越界时继续
	{
		if (a[cur] < a[keyi] && ++prev != cur)//cur指向的内容小于key
		{
			Swap(&a[prev], &a[cur]);
		}
		cur++;
	}
	int meeti = prev;//cur越界时，prev的位置
	Swap(&a[keyi], &a[meeti]);//交换key和prev指针指向的内容
	QuickSort3(a, begin, meeti - 1);//key的左序列进行此操作
	QuickSort3(a, meeti + 1, end);//key的右序列进行此操作
}
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2.非递归版本

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代码如下（示例）：

//快速排序（非递归实现）
void QuickSortNonR(int* a, int begin, int end)
{
	Stack st;//创建栈
	StackInit(&st);//初始化栈
	StackPush(&st, begin);//待排序列的L
	StackPush(&st, end);//待排序列的R
	while (!StackEmpty(&st))
	{
		int right = StackTop(&st);//读取R
		StackPop(&st);//出栈
		int left = StackTop(&st);//读取L
		StackPop(&st);//出栈
		//该处调用的是Hoare版本的单趟排序
		int keyi = PartSort1(a, left, right);
		if (left < keyi - 1)//该序列的左序列还需要排序
		{
			StackPush(&st, left);//左序列的L入栈
			StackPush(&st, keyi - 1);//左序列的R入栈
		}
		if (keyi + 1 < right)// 该序列的右序列还需要排序
		{
			StackPush(&st, keyi + 1);//右序列的L入栈
			StackPush(&st, right);//右序列的R入栈
		}
	}
	StackDestroy(&st);//销毁栈
}
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3.快速排序的两个优化

优化一：三数取中

三数取中的核心就是：用 if 和 else语句对数进行判断！！！

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代码如下（示例）：

int GetMidIndex(int* a, int begin, int end)
{
	int mid = (begin + end) / 2;
	if (a[begin] < a[mid])
	{
		if (a[mid] < a[end])
		{
			return mid;
		}
		else if (a[begin] < a[end])
		{
			return end;
		}
		else
		{
			return begin;
		}
	}
	else // (a[begin] >= a[mid])
	{
		if (a[mid] > a[end])
		{
			return mid;
		}
		else if (a[begin] < a[end])
		{
			return begin;
		}
		else
		{
			return end;
		}
	}
}
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优化二：小区间优化减少递归次数

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代码如下（示例）：

void QuickSort(int* a, int begin, int end)
{
	if (begin >= end)
	{
		return;
	}
	if (end - begin > 10)
	{
		int keyi = PartSort2(a, begin, end);
		// [begin, keyi-1] keyi [keyi+1, end]
		QuickSort(a, begin, keyi - 1);
		QuickSort(a, keyi + 1, end);
	}
	else
	{
		InsertSort(a + begin, end - begin + 1);
	}
}
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七、归并排序

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1.递归版本(图解+源码)

代码如下（示例）：

void _MergeSort(int* a, int begin, int end, int* tmp)
{
	if (begin >= end)
		return;
	int mid = (begin + end) / 2;
	// [begin, mid] [mid+1, end] 分治递归，让子区间有序
	_MergeSort(a, begin, mid, tmp);
	_MergeSort(a, mid + 1, end, tmp);


	//归并 [begin, mid] [mid+1, end]
	int begin1 = begin, end1 = mid;
	int begin2 = mid + 1, end2 = end;
	int i = begin1;
	while (begin1 <= end1 && begin2 <= end2)
	{
		if (a[begin1] < a[begin2])
		{
			tmp[i++] = a[begin1++];
		}
		else
		{
			tmp[i++] = a[begin2++];
		}
	}
	while (begin1 <= end1)
	{
		tmp[i++] = a[begin1++];
	}
	while (begin2 <= end2)
	{
		tmp[i++] = a[begin2++];
	}
	// 把归并数据拷贝回原数组
	memcpy(a + begin, tmp + begin, (end - begin + 1) * sizeof(int));
}
void MergeSort(int* a, int n)
{
	int* tmp = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
	if (tmp == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	_MergeSort(a, 0, n - 1, tmp);
	free(tmp);
}
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2.非递归版本(图解+源码)

代码如下（示例）：

void MergeSortNonR(int* a, int n)
{
	int* tmp = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
	if (tmp == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	// 休息11：48继续
	int gap = 1;
	while (gap < n)
	{
		//printf("gap=%d->", gap);
		for (int i = 0; i < n; i += 2 * gap)
		{
			// [i,i+gap-1][i+gap, i+2*gap-1]
			int begin1 = i, end1 = i + gap - 1;
			int begin2 = i + gap, end2 = i + 2 * gap - 1;

			// end1越界或者begin2越界，则可以不归并了
			if (end1 >= n || begin2 >= n)
			{
				break;
			}
			else if (end2 >= n)
			{
				end2 = n - 1;
			}
			//printf("[%d,%d] [%d, %d]--", begin1, end1, begin2, end2);
			int m = end2 - begin1 + 1;
			int j = begin1;
			while (begin1 <= end1 && begin2 <= end2)
			{
				if (a[begin1] < a[begin2])
				{
					tmp[j++] = a[begin1++];
				}
				else
				{
					tmp[j++] = a[begin2++];
				}
			}
			while (begin1 <= end1)
			{
				tmp[j++] = a[begin1++];
			}
			while (begin2 <= end2)
			{
				tmp[j++] = a[begin2++];
			}
			memcpy(a + i, tmp + i, sizeof(int) * m);
		}
		gap *= 2;
	}
	free(tmp);
}
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3.数组越界问题以及优化

当归并排序的数组个数是奇数个时，会出现数组越界问题，以致于程序崩溃

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代码如下（示例）：

	// 越界-修正边界
			if (end1 >= n)
			{
				end1 = n - 1;
				// [begin2, end2]修正为不存在区间
				begin2 = n;
				end2 = n - 1;
			}
			else if (begin2 >= n)
			{
				// [begin2, end2]修正为不存在区间
				begin2 = n;
				end2 = n - 1;
			}
			else if(end2 >= n)
			{
				end2 = n - 1;
			}
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八、计数排序

1.代码实现

代码如下（示例）：

// 时间复杂度：O(max(range, N))
// 空间复杂度：O(range）
void CountSort(int* a, int n)
{
	int min = a[0], max = a[0];
	for (int i = 1; i < n; ++i)
	{
		if (a[i] < min)
			min = a[i];

		if (a[i] > max)
			max = a[i];
	}
	// 统计次数的数组
	int range = max - min + 1;
	int* count = (int*)malloc(sizeof(int) * range);
	if (count == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	memset(count, 0, sizeof(int) * range);
	// 统计次数
	for (int i = 0; i < n; ++i)
	{
		count[a[i] - min]++;
	}
	// 回写-排序
	int j = 0;
	for (int i = 0; i < range; ++i)
	{
		// 出现几次就会回写几个i+min
		while (count[i]--)
		{
			a[j++] = i + min;
		}
	}
}
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2.思路+图解

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九、八大排序对比

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总结

以上就是今天要讲的内容，本文介绍了校招中重点的八大排序，到这里初阶数据结构就结束了，接下来带来c++和Linux的内容，感谢大家的点赞支持！