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.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
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={
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 {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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