算法效率测试(以排序算法为例)

在慕课网学习了一段时间后，觉得可以了，借鉴讲师们说的和自己的经验，总结下如何测试一个程序代码的效率和开销问题。

以  排序算法为例，具体分析如下：

//main()函数，.cpp文件// Created by Ant on 07/16/2017//默认排成升序//#include <iostream>#include <algorithm>#include "SortTestHelper.h"#include "STL_Sort.h"#include "SelectionSort.h"#include "InsertionSort.h"using namespace std;intmain() {const int SIZE = 10000, left = 1, right = 1000;cout << "SIZE = " << SIZE << endl<<endl;//生成任一随机数组int* arr = SortTestHelper::RandomArray<int>(SIZE, left, right);//完全拷贝原始数组元素int* arrCo1 = SortTestHelper::CopyArray<int>(arr, SIZE);int* arrCo2 = SortTestHelper::CopyArray<int>(arr, SIZE);SortTestHelper::PrintArray(arr, 50);//输出原始数组，乱序SortTestHelper::SortingTime("STL_Sort", STL_Sort, arr, SIZE);SortTestHelper::PrintArray(arr, 100);//输出已排好序数组，可用于检查排序结果cout << endl;SortTestHelper::PrintArray(arrCo1, 50);//可用于确认数组拷贝是否成功cout << endl;SortTestHelper::SortingTime("DirectSelectionSort", DirectSelectionSort, arrCo1, SIZE);SortTestHelper::SortingTime("DirectInsertionSort", DirectInsertionSort, arrCo2, SIZE);cout << endl;//生成几乎有序数组int* test = SortTestHelper::RandomArray<int>(SIZE, 100);int* testCo1 = SortTestHelper::CopyArray<int>(test, SIZE);int* testCo2 = SortTestHelper::CopyArray<int>(test, SIZE);SortTestHelper::SortingTime("STL_Sort", STL_Sort, test, SIZE);SortTestHelper::SortingTime("DirectSelectionSort", DirectSelectionSort, testCo1, SIZE);SortTestHelper::SortingTime("DirectInsertionSort", DirectInsertionSort, testCo2, SIZE);cout << endl;delete[] arr;delete[] arrCo1;delete[] arrCo2;delete[] test;delete[] testCo1;delete[] testCo2;return 0;}

排序算法的简单实现：

插入排序

InsertionSort.h文件

#ifndef Sorting_algorithm_InsertionSort_H#define Sorting_algorithm_InsertionSort_H//一、直接插入排序template<typename T>voidDirectInsertionSort(T a[], int n) {for (int i = 1; i < n; ++i) {//外层循环从第二个元素开始//在a[0]~a[i-1]之间寻找a[i]的合适插入位置，即一直是降序直到第一次符合升序要求处，并最终用j记录Ttemp = a[i];//必须先存下a[i],否则a[j] = a[j - 1]在第一次移位时会修改a[i]intj ;//j将是合适位置for ( j = i; j > 0 &&  a[j - 1] > temp; --j) {a[j] = a[j - 1];//把前边的元素往后挪，用这一操作替换掉每一次的数值交换swap，能减少开销}//找到合适插入位置j，第二次循环提前终止a[j] = temp;}}//二、#endif // !Sorting_algorithm_InsertionSort_H

选择排序

SelectionSort.h文件

#ifndef Sorting_algorithm_SelectionSort_H#define Sorting_algorithm_SelectionSort_H//直接选择排序template<typename T>voidDirectSelectionSort(T a[], int n) {for (int i = 0; i < n - 1; ++i) {// 先用 k 来存储a[i+1]~a[n-1]之间的最小值的下标索引值,避免多余的数值交换操作swap，选择排序即选出a[MinIndex]intk = i;for (int j = i + 1; j < n; ++j ) {if (a[j] < a[k])k = j; //不断更换成更小的元素值的下标，直至找到最小的}if (k != i) {Ttemp = a[i];  a[i] = a[k];  a[k] = temp;}}}#endif // !Sorting_algorithm_SelectionSort_H

STL标准库函数sort()函数：

SortTestHelper.h

////Created by Ant on 07/14/2017//#ifndef Sorting_algorithm_STL_Sort_H#define Sorting_algorithm_STL_Sort_H#include <algorithm>template<typename T>void STL_Sort(T arr[], int SIZE) {sort(arr, arr + SIZE);}#endif // !Sorting_algorithm_STL_Sort_H

算法性能测试辅助文件

//Be helpful to test sorting algorithm//Created by Ant on 07/14/2017//#ifndef Sorting_algorithm_SortTestHelper_H#define Sorting_algorithm_SortTestHelper_H#include <iostream>#include <ctime>#include <cassert>#include <ctime>#include <string>#include <algorithm>using namespace std;namespace SortTestHelper {//生成含有SIZE个元素的随机数组，每个元素的随机范围是闭区间[rangeL,rangeR]，用于测试排序算法template<typename T>T*RandomArray(int SIZE, int rangeL, int rangeR) {assert(rangeL <= rangeR);//确保函数的健壮T* arr = new T[SIZE];srand(time(NULL));for (int i = 0; i < SIZE; ++i)arr[i] = T(rand()) / RAND_MAX + rand() % (rangeR - rangeL + 1) + rangeL;return arr;}//生成含有SIZE个元素的近乎有序的随机数组，用于凸显插入排序排算法的优势template<typename T>T*RandomArray(int SIZE, int swapTimes) {assert(SIZE >= swapTimes);//确保函数的健壮T* arr = new T[SIZE];for (int i = 0; i < SIZE; ++i) {arr[i] = i + T(rand())/RAND_MAX ;}srand(time(NULL));for (int i = 0; i < swapTimes; ++i) {intx = rand() % SIZE;int y = rand() % SIZE;swap(arr[x], arr[y]);}return arr;}//拷贝数组template<typename T>T*CopyArray(T a[], int SIZE) {T* arr = new T[SIZE];copy(a, a + SIZE, arr);return arr;}//输出数组template<typename T>voidPrintArray(T arr[], int SIZE) {for (int i = 0; i < SIZE; ++i)cout << arr[i] << " ";cout << endl;}//判断数组是否已有序(默认排序成功时为升序）template<typename T>bool isSorted(T arr[], int SIZE) {for (int i = 0; i + 1 < SIZE; ++i) {if (arr[i] > arr[i + 1])returnfalse;}returntrue;}//输出某一具体排序函数运行所需时间template<typename T>void SortingTime(string sortName, void(*sort)(T[], int), T arr[], int SIZE) {clock_t startTime = clock();sort(arr, SIZE);clock_t endTime = clock();assert( isSorted(arr, SIZE) );cout << "Sorted successfully!\t";cout << sortName << " : " << double(endTime - startTime) / CLOCKS_PER_SEC << "s" << endl;}}#endif // !Sorting_algorithm_SortTestHelper_H

附上一些测试结果:

说明一点，插入排序算法是很值得让人注意的，当 参与排序的数据 是 趋于有序的时候，插入排序算法将会趋于O（N）的算法复杂度，这将是效率最高的排序算法，不过其最坏的算法复杂度同选择排序都是O（N^2），所以又让人爱很不得了……

不过有一点应用是可以肯定的，那就是当使用其他O（NlonN）排序算法实现到最后所以数据趋于整体有序的时候，再通过使用插入排序算法实现后续部分，这将会大大的优化和提高算法效率。明白我说的？好吧。

以上是自己对相关算法的简单实现，设计还不够完善，待更，持续更新中……