《c语言数据结构》第9章 排序自测卷答案.docx

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《c语言数据结构》第9章排序自测卷答案

第9章排序自测卷答案姓名班级

题号

一

二

三

四

五

总分

题分

24

18

36

8

14

100

得分

一、填空题（每空1分，共24分）

1.大多数排序算法都有两个基本的操作：

比较（两个关键字的大小）和移动（记录或改变指向记录的指针）。

2.在对一组记录（54，38，96，23，15，72，60，45，83）进行直接插入排序时，当把第7个记录60插入到有序表时，为寻找插入位置至少需比较3次。

（可约定为，从后向前比较）

3.在插入和选择排序中，若初始数据基本正序，则选用插入排序（到尾部）；若初始数据基本反序，则选用选择排序。

4.在堆排序和快速排序中，若初始记录接近正序或反序，则选用堆排序；若初始记录基本无序，则最好选用快速排序。

5.对于n个记录的集合进行冒泡排序，在最坏的情况下所需要的时间是O（n2）。

若对其进行快速排序，在最坏的情况下所需要的时间是O（n2）。

6.对于n个记录的集合进行归并排序，所需要的平均时间是O（nlog2n），所需要的附加空间是O（n）。

7．【计研题2000】对于n个记录的表进行2路归并排序，整个归并排序需进行log2n趟（遍），共计移

动nlog2n次记录。

（即移动到新表中的总次数！

共log2n趟，每趟都要移动n个元素）

8.设要将序列（Q,H,C,Y,P,A,M,S,R,D,F,X）中的关键码按字母序的升序重新排列，则：

冒泡排序一趟扫描的结果是H,C,Q,P,A,M,S,R,D,F,X,Y；

初始步长为4的希尔（shell）排序一趟的结果是P,A,C,S,Q,D,F,X,R,H,M,Y；

二路归并排序一趟扫描的结果是H,Q,C,Y，A,P,M,S,D,R,F,X；

快速排序一趟扫描的结果是F,H,C,D,P,A,M,Q,R,S,Y，X；

堆排序初始建堆的结果是A,D,C,R,F,Q,M,S,Y，P,H,X。

9.在堆排序、快速排序和归并排序中，

若只从存储空间考虑，则应首先选取堆排序方法，其次选取快速排序方法，最后选取归并排序方法；

若只从排序结果的稳定性考虑，则应选取归并排序方法；

若只从平均情况下最快考虑，则应选取快速排序方法；

若只从最坏情况下最快并且要节省内存考虑，则应选取堆排序方法。

二、单项选择题（每小题1分，共18分）

（C）1．将5个不同的数据进行排序，至多需要比较次。

Ａ.8Ｂ.9Ｃ.10Ｄ.25

（C）2．排序方法中，从未排序序列中依次取出元素与已排序序列（初始时为空）中的元素进行比较，将其放入已排序序列的正确位置上的方法，称为

Ａ.希尔排序Ｂ.冒泡排序Ｃ.插入排序Ｄ.选择排序

（D）3．排序方法中，从未排序序列中挑选元素，并将其依次插入已排序序列（初始时为空）的一端的方法，称为

Ａ.希尔排序Ｂ.归并排序Ｃ.插入排序Ｄ.选择排序

（C）4．对ｎ个不同的排序码进行冒泡排序，在下列哪种情况下比较的次数最多。

Ａ.从小到大排列好的Ｂ.从大到小排列好的Ｃ.元素无序Ｄ.元素基本有序

（D）5．对ｎ个不同的排序码进行冒泡排序，在元素无序的情况下比较的次数为

Ａ.n+1Ｂ.nＣ.n-1Ｄ.n（n-1）/2

（前3个答案都太小了）

（C）6．快速排序在下列哪种情况下最易发挥其长处。

Ａ.被排序的数据中含有多个相同排序码Ｂ.被排序的数据已基本有序

Ｃ.被排序的数据完全无序Ｄ.被排序的数据中的最大值和最小值相差悬殊

（B）7．【计研题2001】对有n个记录的表作快速排序，在最坏情况下，算法的时间复杂度是

A．O（n）B．O（n2）C．O（nlog2n）D．O（n3）

（C）8．若一组记录的排序码为（46,79,56,38,40,84），则利用快速排序的方法，以第一个记录为基准得到的一次划分结果为

Ａ.38,40,46,56,79,84Ｂ.40,38,46,79,56,84

Ｃ.40,38，46,56,79,84Ｄ.40,38,46,84,56,79

（A&D）9．【计研题2001】在最好情况下，下列排序算法中排序算法所需比较关键字次数最少。

A．冒泡B．归并C．快速D．直接插入

（仅n—1次！

）

（C）10．【计研题2001】置换选择排序的功能是。

（置换选择排序＝简单选择排序？

）

A．选出最大的元素B．产生初始归并段C．产生有序文件D．置换某个记录

（A）11．将5个不同的数据进行排序，至少需要比较次。

Ａ.4Ｂ.5Ｃ.6Ｄ.7

（D）12．下列关键字序列中，是堆。

Ａ.16,72,31,23,94,53Ｂ.94,23,31,72,16,53Ｃ.16,53,23,94,31,72Ｄ.16,23,53,31,94,72

（B）13．堆是一种排序。

Ａ.插入Ｂ.选择Ｃ.交换Ｄ.归并

（C）14．堆的形状是一棵

Ａ.二叉排序树Ｂ.满二叉树Ｃ.完全二叉树Ｄ.平衡二叉树

（B）15．若一组记录的排序码为（46,79,56,38,40,84），则利用堆排序的方法建立的初始堆为

Ａ.79,46,56,38,40,84Ｂ.84,79,56,38,40,46

Ｃ.84,79,56,46,40,38Ｄ.84,56,79,40,46,38

（B）16．下述几种排序方法中，平均查找长度（ASL）最小的是

Ａ.插入排序Ｂ.快速排序Ｃ.归并排序Ｄ.选择排序

（C）17．下述几种排序方法中，要求内存最大的是

Ａ.插入排序Ｂ.快速排序Ｃ.归并排序Ｄ.选择排序

（B）18．目前以比较为基础的内部排序方法中，其比较次数与待排序的记录的初始排列状态无关的是

Ａ.插入排序Ｂ.二分插入排序Ｃ.快速排序Ｄ.冒泡排序

三、简答题（每小题4分，共36分）

1.【全国专升本题】已知序列基本有序，问对此序列最快的排序方法是多少，此时平均复杂度是多少？

答：

插入排序和冒泡应该是最快的。

因为只有比较动作，无需移动元素。

此时平均时间复杂度为O（n）

2.设有1000个无序的元素，希望用最快的速度挑选出其中前10个最大的元素，最好采用哪种排序方法？

答：

用堆排序或锦标赛排序最合适，因为不必等全部元素排完就能得到所需结果，时间效率为O（nlog2n）

；若用冒泡排序则需时n!

/（n-10）!

3.用某种排序方法对线性表（25,84，21,47,15,27,68,35,20）进行排序时，元素序列的变化情况如下：

25,84，21,47,15,27,68,35,20→20,15,21,25，47,27,68,35,84→15,20,21,25，35,27,47,68,84→

15,20,21,25，27,35,47,68,84，问采用的是什么排序方法？

答：

用的是快速排序方法。

注意每一趟要振荡完全部元素才算一个中间结果。

4.对于整数序列100，99，98，…3，2，1，如果将它完全倒过来，分别用冒泡排序和快速排序法，它们的比较次数和交换次数各是多少？

答：

冒泡排序的比较和交换次数将最大，都是1+2+…+n-1=n（n-1）/2＝50×99=4545次

快速排序则看按什么数据来分子表。

如果按100来分，则很惨，也会是n（n-1）/2！

若按中间数据50或51来分表，则：

第1轮能确定1个元素，即在1个子表中比较和交换了n－1个元素；n－（21-1）

第2轮能再确定2个元素，即在2个子表中比较和交换了n－3个元素；n－（22-1）

第3轮能再确定4个元素，即在4个子表中比较和交换了n－7个元素；n－（23-1）

第4轮能再确定8个元素，即在8个子表中比较和交换了n－15个元素；n－（24-1）

……

第6轮能再确定32个元素，即在32个子表中比较和交换了n－65个元素；n－（26-1）

第7轮则能全部确定，（因为27=128），在100个子表中比较和交换了n－（100－1）个元素；

比较和交换总次数为：

7n－（21－1＋22－1＋23－1……＋26－1＋100－1）＝7n+7－（1＋2＋4＋……＋64+100）=7n－（8+16+32+164）=700-220=480次

若从中间选择初始元素，则ASL=（n+1）log2n－（21＋22＋23+……＋2m）=nlog2n+log2n－（21＋22＋23+……＋n）≈O（nlog2n）

5.【全国专升本试题】【严题集10.15④】设有n个值不同的元素存于顺序结构中，试问能否用比2n-3少的比较次数选出这n个元素中的最大值和最小值？

若能请说明如何实现（不需写算法）。

在最坏情况下至少需进行多少次比较。

（或问：

对含有n个互不相同元素的集合，同时找最大元和最小元至少需进行多少次比较?

）

答：

若用冒泡排序法，求最大值需n-1次比较；第二趟改为从n-1开始求最小值，需n-2次比较，合计2n-3次。

显然本题意图是放弃冒泡排序，寻找其他方法。

法1：

一个简单的办法是，在一趟比较时，将头两个元素分别作为最大和最小值的暂存内容，将其余n-2个元素与其相比，具体可设计为：

第1步：

a1

用来设立max和min标志;无论Y/N都只比较1次；1次；

第2步：

a3>a2?

YES则直接替换a2，NO则再比较a1，1～2次；

第3步：

a4>a2?

YES则直接替换a2，NO则再比较a1，1～2次；

……

第n-1步：

an>a2?

YES则直接替换a2，NO则再比较a1，1～2次；

合计：

（n-2）×（1～2）＋1=（n-1）~（2n-3）≤2n-3最好情况至少需要n-1次比较，最坏情况需2n-3次。

法2：

借用快速排序第一趟思想：

以a1为支点，将序列分成两个子表。

这一趟需要n-1次比较；

然后，在左边的子表中求最小值，冒泡一趟需要y-1次；

在右边的子表中求最大值，冒泡一趟需要z-1次；

合计需要（n-1）+（y-1）+（z-1）=n+y+z-3因为y+z+1=n,所以总次数＝2n－4≤2n－3!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

但最坏情况下仍为为2n-3次，即一趟完毕后仍为单子表的情况。

怎么办？

有无更好的办法？

法3：

能否用锦标赛排序思路？

求最大值等于求冠军，需要n—1次比较；但接着求最小值，等于在n/2个叶子中比较即可。

编程也不复杂：

可设计为，

第一趟：

n个数据两两比较（共n/2次），小者放偶数位，大者放奇数位；

第二趟：

对奇数位元素继续两两比较（n/4次）；对偶数位元素也两两比较（n/4次）；合计n/2次；

第三趟：

对奇数位元素继续两两比较（n/23次）；对偶数位元素也两两比较（n/23次）；合计n/22次；

第四趟：

对奇数位元素继续两两比较（n/24次）；对偶数位元素也两两比较（n/24次）；合计n/23次；

……

第log2n趟：

对奇数位元素继续两两比较（n/2log2n次＝1）；对偶数位元素也两两比较（1次）；合计2次；

全部比较次数为：

2+4+8+……＋n/2次≤2n-3（n>1）

用二进制性质即可证明？

因为20+21+…2k-2+2k-1<2k，即21+…2k-2+2k-1<2k—1<2k—1+2k—2

（n=2k,当k＝1，即n=2时为极端情况，1＝1;n=3时，1.5<3

k=2时，即n=4时，2<5

6.【成教考题】将两个长度为n的有序表归并为一个长度为2n的有序表，最小需要比较n次，最多需要比较2n-1次，请说明这两种情况发生时，两个被归并的表有何特征?

答：

最少的比较次数是这样一种情况：

若A表所有元素都小于（或大于）B表元素，则A1比较完B1～Bn之后，直接拼接即可。

最多比较次数的情况应该是A、B两表互相交错，此时需要穿插重排。

则A表的每个元素都要与B表元素相比，A1与B1相比，能确定其中一个元素的位置；剩下一个还要与另一表中下一元素再比较一次，

即：

在表A或表B的n个元素中，除了最后一个元素外，每个元素都要比较2次！

最坏情况总共为2n—1次。

7.【严题集10.11②】试问：

按锦标赛排序的思想，决出8名运动员之间的名次排列，至少需编排多少场次的比赛（应考虑最坏的情况）？

刘答：

不能简单地用（n-1）+（n-2）log2n来计算比赛场次。

要特别注意，随着n/2的叶子结点被调整完毕之后，树的深度会逐层减少！

分别n=8和n=7的情况推导并归纳，得到如下计算公式：

比赛场次＝（n-1）+n/2（k-1）+（n/22）（k-2）+…+n/2（k-1），其中k=log2n

当n＝8时，k=3,比赛场次＝7＋8/2

（2）＋8/4=17场（这是最坏情况，即每次都先从叶子调整起）

8.【严题集10.19④】假设某大旅店共有5000个床位，每天需要根据住宿旅客的文件制造一份花名册，该名册要求按省（市）的次序排列，每一省（市）按县（区）排列，又同一县（区）的旅客按姓氏排列。

请你为旅店的管理人员设计一个制作这份花名册的方法。

（提示）这是一个多关键字的排序问题。

请思考对这个文件进行排序用哪一种方法更合适，是MSD法还是LSD法？

答：

采用哪种排序方法，关键要看记录的结构是如何定义的，如果旅客填表如下：

省（市）

县（区）

姓名

床位号

则按题意要求，应当采用MSD法，否则无法满足。

但若“姓名”项在前，则必须用LSD才符合题意要求。

9.【全国专升本题】【严题集10.6④】奇偶交换排序如下所述：

第一趟对所有奇数i，将a[i]和a[i+1]进行比较；第二趟对所有的偶数i,将a[i]和a[i+1]进行比较，若a[i]>a[i+1]，则两者交换；第三趟对奇数i,第四趟对偶数i；……依次类推直至整个序列有序为止。

（1）试问这种排序方法的结束条件是什么？

是否为稳定排序？

（2）分析当初始序列为正序或逆序两种情况下，奇偶交换排序过程中所需进行的关键字比较的次数。

（3）分析此种排序方法的平均复杂度及最坏复杂度。

答：

（1）这种算法其实是两两比较，第一趟很像锦标赛的“初赛”，将胜者（大数）置于偶数单元；

第二趟对偶数单元操作，即第一组大者与第二组小者战，大者后移。

结果相当于冒泡排序的一趟；

所以结束条件应为偶数趟无交换。

结束条件是：

若n为偶数时，奇数循环时i>n-1，偶数循环时i>n，

若n为奇数时，奇数循环时i>n偶数循环时i>n+1

似乎不稳定？

因为交换没有依次进行。

四、【全国专升本类似题】【类严题集10.1①】以关键字序列（256，301，751，129，937，863，742，694，076，438）为例，分别写出执行以下算法的各趟排序结束时，关键字序列的状态，并说明这些排序方法中，哪些易于在链表（包括各种单、双、循环链表）上实现？

①直接插入排序②希尔排序③冒泡排序④快速排序

⑤直接选择排序⑥堆排序⑦归并排序⑧基数排序（8分）

解：

先回答第2问：

①⑤⑦⑧皆易于在链表上实现。

1直接插入排序的中间过程如下：

②希尔排序的中间过程如下：

3冒泡排序的中间过程如下：

④快速排序的中间过程如下：

5直接选择排序的中间过程如下：

⑥堆排序（大根堆）的中间过程如下：

7归并排序排序的中间过程如下：

8基数排序的中间过程如下：

五、算法设计题（4选2，每题7分，共14分）

1.【严题集10.25③】试编写教科书10.2.2节中所述链表插入排序的算法。

10.25

voidSLInsert_Sort（SLList&L）//静态链表的插入排序算法

{

L.r[0].key=0;L.r[0].next=1;

L.r[1].next=0;//建初始循环链表

for（i=2;i<=L.length;i++）//逐个插入

{

p=0;x=L.r[i].key;

while（L.r[L.r[p].next].key

p=L.r[p].next;

q=L.r[p].next;

L.r[p].next=i;

L.r[i].next=q;

}//for

p=L.r[0].next;

for（i=1;i

{

while（p

q=L.r[p].next;

if（p!

=i）

{

L.r[p]<->L.r[i];

L.r[i].next=p;

}

p=q;

}//for

}//SLInsert_Sort

2.【严题集10.30④】按下述原则编写快排的非递归算法：

（1）一趟排序之后，先对长度较短的子序列进行排序，且将另一子序列的上、下界入栈保存；

（2）若待排记录数≤3,则不再进行分割，而是直接进行比较排序。

10.30

typedefstruct{

intlow;

inthigh;

}boundary;//子序列的上下界类型

voidQSort_NotRecurve（intSQList&L）//快速排序的非递归算法

{

low=1;high=L.length;

InitStack（S）;//S的元素为boundary类型

while（low

StackEmpty（S））//注意排序结束的条件

{

if（high-low>2）//如果当前子序列长度大于3且尚未排好序

{

pivot=Partition（L,low,high）;//进行一趟划分

if（high-pivot>pivot-low）

{

Push（S,{pivot+1,high}）;//把长的子序列边界入栈

high=pivot-1;//短的子序列留待下次排序

}

else

{

Push（S,{low,pivot-1}）;

low=pivot+1;

}

}//if

elseif（low

{

Easy_Sort（L,low,high）;//直接进行比较排序

low=high;//当前子序列标志为已排好序

}

else//如果当前子序列已排好序但栈中还有未排序的子序列

{

Pop（S,a）;//从栈中取出一个子序列

low=a.low;

high=a.high;

}

}//while

}//QSort_NotRecurve

intPartition（SQList&L,intlow,inthigh）//一趟划分的算法,与书上相同

{

L.r[0]=L.r[low];

pivotkey=L.r[low].key;

while（low

{

while（low=pivotkey）

high--;

L.r[low]=L.r[high];

while（low

low++;

L.r[high]=L.r[low];

}//while

L.r[low]=L.r[0];

returnlow;

}//Partition

voidEasy_Sort（SQList&L,intlow,inthigh）//对长度小于3的子序列进行比较排序

{

if（high-low==1）//子序列只含两个元素

if（L.r[low].key>L.r[high].key）L.r[low]<->L.r[high];

else//子序列含有三个元素

{

if（L.r[low].key>L.r[low+1].key）L.r[low]<->L.r[low+1];

if（L.r[low+1].key>L.r[high].key）L.r[low+1]<->L.r[high];

if（L.r[low].key>L.r[low+1].key）L.r[low]<->L.r[low+1];

}

}//Easy_Sort

3.【严题集10.41④】假设有1000个关键字为小于10000的整数的记录序列，请设计一种排序方法，要求以尽可能少的比较次数和移动次数实现排序，并按你的设计编出算法。

解：

可以用基数排序来实现，关键字位数d=4，数基radix=10（从0～9）

则基数排序的算法如下；

voidHash_Sort（inta[]）//对1000个关键字为四位整数的记录进行排序

{

intb[10000];

for（i=0;i<1000;i++）//直接按关键字散列（即分配）

{

for（j=a[i];b[j];j=（j+1）%10000）;

b[j]=a[i];

}

for（i=0,j=0;i<1000;j++）//将散列收回a中

if（b[j]）

{

for（x=b[j],k=j;b[k];k=（k+1）%10000）

if（b[k]==x）

{

a[i++]=x;

b[k]=0;

}

}//if

}//Hash_Sort

4.【严题集10.42④】序列的“中值记录”指的是：

如果将此序列排序后，它是第[n/2]个记录。

试写一个求中值记录的算法。

10.42

typedefstruct{

intgt;//大于该记录的个数

intlt;//小于该记录的个数

}place;//整个序列中比某个关键字大或小的记录个数

intGet_Mid（inta[],intn）//求一个序列的中值记录的位置

{

placeb[MAXSIZE];

for（i=0;i

for（j=0;j

{

if（a[j]>a[i]）b[i].gt++;

elseif（a[j]

}

mid=0;

min_dif=abs（b[0].gt-b[0].lt）;

for（i=0;i

if（abs（b[i].gt-b[i].lt）

returnmid;

}//Get_Mid