南邮数据结构实验四----各种内排序算法的实现及性能比较

一、 实验目的和要求

内容：

验证教材的各种内排序算法。分析各种排序算法的时间复杂度。

要求：

使用随机数产生器产生大数据集合，运行上述各种排序算法，使用系统时钟测量各算法所需的实际时间，并进行比较。

这个程序一共包含两个模块，分别是单个排序算法的测试，和多个排序算法的共同测试比较。一共包含了8个排序算法。分别是简单选择排序，直接插入排序，冒泡排序，快速排序(调用系统栈),改进的快速排序(手动栈),为了与STL的sort对比，加入了STL库的快速排序，还有两路合并排序，堆排序

nxu#include <iostream>#include <cstdio>#include <ctime>#include <cstdlib>#include <stack>#include <algorithm>using namespace std;const int size=10000;  //数组大小const int cnt=50;     //重复执行次数int a[size+10];void Swap(int &x,int &y){    int tmp=x;    x=y;    y=tmp;}void Menu(){    system("cls");    printf("---------------------------------内排序测试系统------------------------------\n\n\n");    printf("--------------------------------1.简单选择排序-------------------------------\n");    printf("--------------------------------2.直接插入排序-------------------------------\n");    printf("--------------------------------3.冒泡排序-----------------------------------\n");    printf("--------------------------------4.快速排序-----------------------------------\n");    printf("--------------------------------5.改进的快速排序-----------------------------\n");    printf("--------------------------------6.STL库的快速排序----------------------------\n");    printf("--------------------------------7.两路合并排序-------------------------------\n");    printf("--------------------------------8.堆排序-------------------------------------\n");    printf("--------------------------------9.分别运行以上所有排序，给出对比---------\n");    printf("--------------------------------0.退出系统-----------------------------------\n");    printf("\n\n\n                    输入你的选择:");}void SeleteSort(){    int i;    printf("\n正在进行%d次简单选择排序......\n",cnt);    for(int k=0;k<cnt;k++)    {        srand(time(NULL)+k*10);        for(i=0;i<size;i++)        {            a[i]=rand();   //rand()范围是0-32767        }        for(i=0;i<size-1;i++)        {            int index=i;            for(int j=i+1;j<size;j++)            {                if(a[j]<a[index])                {                    index=j;                }            }            Swap(a[i],a[index]);        }    }}void InsertSort(){    int i;    printf("\n正在进行%d次插入排序......\n",cnt);    for(int k=0;k<cnt;k++)    {        srand(time(NULL)+k*10);        for(i=0;i<size;i++)        {            a[i]=rand();   //rand()范围是0-32767        }        for(i=1;i<size;i++)        {            int j=i;            int tmp=a[i];            while(j>0&&tmp<a[j-1])            {                a[j]=a[j-1];                j--;            }            a[j]=tmp;        }    }}void BubbleSort(){    int i,j,last;    printf("\n正在进行%d次冒泡排序......\n",cnt);    for(int k=0;k<cnt;k++)    {        srand(time(NULL)+k*10);        for(i=0;i<size;i++)        {            a[i]=rand();   //rand()范围是0-32767        }        i=size-1;        while(i>0)        {            last=0;            for(j=0;j<i;j++)            {                if(a[j+1]<a[j])                {                    Swap(a[j],a[j+1]);                    last=j;                }            }            i=last;        }    }}void Qsort(int left,int right){    int i=left,j=right+1;    if(left<right)    {        do        {            do            {                i++;            }while(a[i]<a[left]);            do            {                j--;            }while(a[j]>a[left]);            if(i<j) Swap(a[i],a[j]);        }while(i<j);        Swap(a[left],a[j]);        Qsort(left,j-1);        Qsort(j+1,right);    }}void QuickSort(){    printf("\n正在进行%d次快速排序......\n",cnt);    a[size]=100000000;    for(int k=0;k<cnt;k++)    {        srand(time(NULL)+k*10);        for(int i=0;i<size;i++)        {            a[i]=rand();   //rand()范围是0-32767        }        Qsort(0,size-1);//                for(int i=0;i<10;i++)//        {//            printf("%d ",a[i]);//        }//        printf("\n");    }}struct note{    int left;    int right;    note(int a,int b)    {        left=a;        right=b;    }};void ImprovedQuickSort()   //改善的快速排序,用局部栈代替系统栈,并将A[(left+right)/2]作为分割元素{    printf("\n正在进行%d次改善版本的快速排序......\n",cnt);    a[size]=100000000;    int i,j;    for(int k=0;k<cnt;k++)    {        srand(time(NULL)+k*10);        for(int i=0;i<size;i++)        {            a[i]=rand();   //rand()范围是0-32767        }        stack<note> S;        note tmp(0,size-1);        S.push(tmp);        while(!S.empty())        {            tmp=S.top();            S.pop();            int left=tmp.left;            int right=tmp.right;            if(left<right)            {                Swap(a[left],a[(left+right)/2]);                i=left;                j=right+1;                do                {                    do                    {                        i++;                    }while(a[i]<a[left]);                    do                    {                        j--;                    }while(a[j]>a[left]);                    if(i<j) Swap(a[i],a[j]);                }while(i<j);                Swap(a[left],a[j]);                if(left<j-1)                {                    note t1(left,j-1);                    S.push(t1);                }                if(j+1<right)                {                    note t2(j+1,right);                    S.push(t2);                }            }        }    }}void STLsort(){    printf("\n正在进行%d次STL库函数sort快速排序......\n",cnt);    for(int k=0;k<cnt;k++)    {        srand(time(NULL)+k*10);        for(int i=0;i<size;i++)        {            a[i]=rand();   //rand()范围是0-32767        }        sort(a,a+size);    }}int tmp[size];void Merge(int i1,int j1,int i2,int j2){    int i,j,k;    i=i1;    j=i2;    k=0;    while(i<=j1&&j<=j2)    {        if(a[i]<=a[j]) tmp[k++]=a[i++];        else tmp[k++]=a[j++];    }    while(i<=j1) tmp[k++]=a[i++];    while(j<=j2) tmp[k++]=a[j++];    for(i=0;i<k;i++) a[i1++]=tmp[i];}void MergeSort(){    printf("\n正在进行%d次两路合并排序排序......\n",cnt);    for(int k=0;k<cnt;k++)    {        srand(time(NULL)+k*10);        for(int i=0;i<size;i++)        {            a[i]=rand();   //rand()范围是0-32767        }        int i1,i2,j1,j2;        int Size=1;        while(Size<size)        {            i1=0;            while(i1+Size<size)            {                i2=i1+Size;                j1=i2-1;                if(i2+Size-1>size-1)                {                    j2=size-1;                }                else                {                    j2=i2+Size-1;                }                Merge(i1,j1,i2,j2);                i1=j2+1;            }            Size*=2;        }    }}void AdjustDown(int r,int j){    int ch=2*r+1;    int temp=a[r];    while(ch<=j)    {        if(ch<j && a[ch]<a[ch+1]) ch++;        if(temp>=a[ch]) break;        a[(ch-1)/2]=a[ch];        ch=2*ch+1;    }    a[(ch-1)/2]=temp;}void HeapSort(){    int i;    printf("\n正在进行%d次堆排序......\n",cnt);    for(int k=0;k<cnt;k++)    {        srand(time(NULL)+k*10);        for(i=0;i<size;i++)        {            a[i]=rand();   //rand()范围是0-32767        }        for(i=(size-2)/2;i>=0;i--)        {            AdjustDown(i,size-1);        }        for(i=size-1;i>0;i--)        {            Swap(a[0],a[i]);            AdjustDown(0,i-1);        }//        for(int i=0;i<10;i++)//        {//            printf("%d ",a[i]);//        }//        printf("\n");    }}void SortOne(int choice){    system("cls");    printf("--------------------------------单个排序测试-------------------------------\n\n\n");    clock_t StartTime,EndTime;    printf("%d 个数据,进行 %d 次排序,数据大小范围 0~32767\n\n开始排序，并开始计时......\n\n",size,cnt);    StartTime=clock();    switch (choice)    {        case 1:            SeleteSort();            break;        case 2:            InsertSort();            break;        case 3:            BubbleSort();            break;        case 4:            QuickSort();            break;        case 5:            ImprovedQuickSort();            break;        case 6:            STLsort();            break;        case 7:            MergeSort();            break;        case 8:            HeapSort();            break;    }    EndTime=clock();    double len=(double(EndTime-StartTime))/CLOCKS_PER_SEC;    printf("排序完成,停止计时,一共花费时间为 %.3f 秒\n",len);    system("pause");}void SortAll(){    system("cls");    printf("--------------------------------排序对比测试-------------------------------\n\n\n");    printf("%d 个数据,进行 %d 次排序,数据大小范围 0~32767\n\n",size,cnt);    clock_t StartTime,EndTime;    double record[15];    StartTime=clock();    SeleteSort();    EndTime=clock();    double len=(double(EndTime-StartTime))/CLOCKS_PER_SEC;;    record[0]=len;    printf("时间%.3f秒\n",len);    StartTime=clock();    InsertSort();    EndTime=clock();    len=(double(EndTime-StartTime))/CLOCKS_PER_SEC;;    record[1]=len;    printf("时间%.3f秒\n",len);    StartTime=clock();    BubbleSort();    EndTime=clock();    len=(double(EndTime-StartTime))/CLOCKS_PER_SEC;;    record[2]=len;    printf("时间%.3f秒\n",len);    StartTime=clock();    QuickSort();    EndTime=clock();    len=(double(EndTime-StartTime))/CLOCKS_PER_SEC;;    record[3]=len;    printf("时间%.3f秒\n",len);    StartTime=clock();    ImprovedQuickSort();    EndTime=clock();    len=(double(EndTime-StartTime))/CLOCKS_PER_SEC;;    record[4]=len;    printf("时间%.3f秒\n",len);    StartTime=clock();    STLsort();    EndTime=clock();    len=(double(EndTime-StartTime))/CLOCKS_PER_SEC;;    record[5]=len;    printf("时间%.3f秒\n",len);    StartTime=clock();    MergeSort();    EndTime=clock();    len=(double(EndTime-StartTime))/CLOCKS_PER_SEC;;    record[6]=len;    printf("时间%.3f秒\n",len);    StartTime=clock();    HeapSort();    EndTime=clock();    len=(double(EndTime-StartTime))/CLOCKS_PER_SEC;;    record[7]=len;    printf("时间%.3f秒\n\n",len);    double maxx=-1,minn=1000;    for(int i=0;i<8;i++)    {        if(record[i]>maxx) maxx=record[i];        if(record[i]<minn) minn=record[i];    }    printf("最快的%.3f秒,最慢的%.3f秒\n",minn,maxx);    system("pause");}int main(){    int choice;    while(1)    {        Menu();        cin>>choice;        if(choice>=1&&choice<=8)        {            SortOne(choice);        }        else if(choice==9)        {            SortAll();        }        else if(choice==0)        {            return 0;        }        else        {            cout<<"-------------------------输入有误--------------------------------"<<endl;            system("pause");        }    }    return 0;}