完整数据结构C语言版实验报告 内部排序算法比较Word下载.docx
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比较的指标为有关键字参加的比较次数和关键字的移动次数(关键字交换计为3次移动)。
(3)最后要对结果作简单分析,包括对各组数据得出结果波动大小的解释。
数据测试:
二.概要设计
1.程序所需的抽象数据类型的定义:
typedefintBOOL;
//说明BOOL是int的别名
typedefstructStudentData{intnum;
//存放关键字
}
Data;
typedefstructLinkList{intLength;
//数组长度
DataRecord[MAXSIZE];
//用数组存放所有的随机数
}LinkListintRandArray[MAXSIZE];
//定义长度为MAXSIZE的随机数组
voidRandomNum()//随机生成函数
voidInitLinkList(LinkList*L)//初始化链表
BOOLLT(inti,intj,int*CmpNum)//比较i和j的大小
voidDisplay(LinkList*L)//显示输出函数
voidShellSort(LinkList*L,intdlta[],intt,int*CmpNum,int*ChgNum)//希尔排序
voidQuickSort(LinkList*L,int*CmpNum,int*ChgNum)//快速排序
voidHeapSort(LinkList*L,int*CmpNum,int*ChgNum)//堆排序
voidBubbleSort(LinkList*L,int*CmpNum,int*ChgNum)//冒泡排序
voidSelSort(LinkList*L,int*CmpNum,int*ChgNum)//选择排序
voidCompare(LinkList*L,int*CmpNum,int*ChgNum)//比较所有排序
2.各程序模块之间的层次(调用)关系:
二、详细设计
//定义标识符关键字BOOL别名为
inttypedefstructStudentData//记录数据类型
{
intnum;
//定义关键字类型
}Data;
//排序的记录数据类型定义
typedefstructLinkList//记录线性表
{
intLength;
//定义表长
//表长记录最大值
}LinkList;
//排序的记录线性表类型定义
intRandArray[MAXSIZE];
//定义随机数组类型及最大值
/******************随机生成函数********************/
voidRandomNum()
inti;
srand((int)time(NULL));
//用伪随机数程序产生伪随机数
for(i=0;
i小于MAXSIZE;
i++)RandArray[i]〈=(int)rand();
返回;
/*****************初始化链表**********************/
voidInitLinkList(LinkList*L)//初始化链表
inti;
memset(L,0,sizeof(LinkList));
RandomNum();
i小于〈MAXSIZE;
i++)
L—〉Record[i]。
num<
=RandArray[i];
L—>
Length〈=i;
}
BOOLLT(inti,intj,int*CmpNum)
(*CmpNum)++;
若i<
j)则返回TRUE;
否则返回FALSE;
voidDisplay(LinkList*L)
FILE*f;
//定义一个文件指针finti;
若打开文件的指令不为空则//通过文件指针f打开文件为条件判断
{//是否应该打开文件输出“can'
topenfile”;
exit(0);
}
for(i=0;
i小于L->
Length;
fprintf(f,”%d\n"
,L—〉Record[i]。
num);
通过文件指针f关闭文件;
三、调试分析
1.调试过程中遇到的问题及经验体会:
在本次程序的编写和调试过程中,我曾多次修改代码,并根据调试显示的界面一次次调整代码。
在调试成功之前,我的程序因为3个错误而无法运行,在经过完整并且仔细的检查后,发现3处错误分别是没有定义变量就直接套用、忘记加指针符号、忘记在嵌套语句后加大括号,这些看似不显眼的小问题却导致整个程序无法运行,所以我认为在编程过程中要及其严谨,尽量少犯或避免犯语法错误,保证代码的完整性。
2.算法的时空分析:
1。
稳定性比较:
插入排序、冒泡排序、简单选择排序及其他线形排序是稳定的;
希尔排序、快速排序、堆排序是不稳定的。
2.时间复杂性比较:
插入排序、冒泡排序、选择排序的时间复杂性为O(n2);
其它非线形排序的时间复杂性为O(nlog2n);
线形排序的时间复杂性为O(n)。
3.辅助空间的比较:
线形排序的辅助空间为O(n),其它排序的辅助空间为O
(1).
4.其它比较:
插入、冒泡排序的速度较慢,但参加排序的序列局部或整体有序时,这种排序能达到较快的速度。
反而在这种情况下,快速排序反而慢了:
当n较小时,对稳定性不作要求时宜用选择排序,对稳定性有要求时宜用插入或冒泡排序;
当n较大时,关键字元素比较随机,对稳定性没要求宜用快速排序。
当n较大时,关键字元素可能出现本身是有序的,对稳定性有要求时,空间允许的情况下,宜用归并排序。
当n较大时,关键字元素可能出现本身是有序的,对稳定性没有要求时宜用堆排序.
四、用户守则
1.可执行文件为:
a.exe
2。
为了界面更加友好特将背景颜色设计为黑色,字体为白色。
3。
进入演示程序后即显示文本形式的用户界面,再按提示一步步完成:
五、测试结果
测试结果及其分析:
通过本次程序的运行,得到数据:
插入排序:
比较的次数为25114496,交换的次数为25094525,花费的时间为1203ms;
希尔排序:
比较的次数为3834939,交换的次数为3782098,花费的时间为187ms;
快速排序:
比较的次数为153398,交换的次数为62804,花费的时间为0ms;
堆排序:
比较的次数为235273,交换的次数为124235,花费的时间为16ms;
冒泡排序:
比较的次数为49995000,交换的次数为27537172,花费的时间为2969ms;
选择排序:
比较的次数为50005000,交换的次数为9988,花费的时间为1656ms。
算法效率是依据算法执行的时间来看的,从上面的数据来看,虽然插入排序的算法简洁,容易实现,但是从它执行的时间1203ms来看它的效率并不是很高,而且比较次数和交换次数都比较多,在这六种排序中效率是很底的;
希尔排序的时间复杂度较直接排序低,在六种内部排序中效率居中;
分析冒泡排序的效率,容易看出,若初始序列为“正序”序列,则只进行一趟排序,在排序过程中进行n—1次关键字的比较,反之,则需进行n-1趟排序,总的时间复杂度为O(n2),在该程序中,冒泡排序所花费的时间为4360,是所有排序中花费最多的,可见效率是很底的。
快速排序是对冒泡排序的一种改进,它所用的时间几乎为0,交换的比较的次数都比较少;
堆排序仅次于快速排序,花费的时间只有16ms.
由以上讨论可知,从时间上看,快速排序的平均性能都优于其他5种排序.
算法时间复杂度分析如下:
1、直接插入排序:
当文件的初始状态不同时,直接插入排序所耗费的时间是有很大差异的。
最好情况是文件初态为正序,此时算法的时间复杂度为O(n),最坏情况是文件初态为反序,相应的时间复杂度为O(n2),算法的平均时间复杂度是O(n2);
2、选择排序是不稳定的,算法复杂度为O(n2);
3、快速排序是不稳定的主体算法时间运算量约
O(log2n)
,划分子区函数运算量约
O(n)
所以总的时间复杂度为
O(nlog2n)
,它显然优于冒泡排序
O(n2);
4、希尔排序是不稳定的,算法复杂度是n1。
25~1。
6*n1.25;
5、冒泡排序是稳定的,时间复杂度为O(n2);
6、堆排序是不稳定的。
对各种表长和测试组数进行了测试,程序运行正常.分析实测得到的数值,6种排序算法的特点小结如下:
(1)若n较小(如n≤50),可采用直接插入或直接选择排序.当记录规模较小时,直接插入排序较好;
否则因为直接选择移动的记录数少于直接插人,应选直接选择排序为宜;
(2)若文件初始状态基本有序(指正序),则应选用直接插人、冒泡或随机的快速排序为宜;
(3)若n较大,则应采用时间复杂度为O(nlgn)的排序方法:
快速排序、堆排序或归并排序;
快速排序是目前基于比较的内部排序中被认为是最好的方法,当待排序的关键字是随机分布时,快速排序的平均时间最短;
堆排序所需的辅助空间少于快速排序,并且不会出现快速排序可能出现的最坏情况。
这两种排序都是不稳定的。
六、附录(源代码)
#include<
stdio.h〉
#include〈stdlib。
h〉
#include〈string.h>
#include<
time.h>
#include〈windows。
#include〈winbase.h>
#defineMAXSIZE10000//线性表中最多元素个数
#defineTRUE1
#defineFALSE0
typedefintBOOL;
//定义标识符关键字BOOL别名为inttypedefstructStudentData//记录数据类型
{
intnum;
}Data;
//排序的记录数据类型定义typedefstructLinkList//记录线性表
intLength;
DataRecord[MAXSIZE];
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