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、简单项选择择排序、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。
运用多种自概念函数，通过在主函数中挪用自概念函数，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（关键字的互换记为三次移动）。
从而直观的判定各内部排序算法性能的好坏性。
关键词：
起泡排序；直接排序；简单项选择择排序；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、简单项选择择排序、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（关键字互换记为3次移动）。
最后输出比较结果。
2需求分析
（1）用数组S来寄存系统随机产生的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来别离统计起泡排序、直接排序、简单项选择择排序、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，并在每一次统计以后，将times和changes都赋值为0。
（3）在主函数中挪用用户自概念函数，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，它分为以下几个部份：
a、成立数组；b、挪用函数求比较和移动次数；c、输出结果。
3概要设计
3．1抽象数据类型概念
排序数据类型概念：
ADTpaixu{
数据对象：
D={aij|aij属于{1，2，3…},i,j>0}
数据关系：
R={|ai-1,ai∈D，i=2,...,n}
大体操作：
Insertsort（）;
初始条件：
数组已经存在。
大体思想：
将一个记录插入到已经排好序的有序列表中，从而取得了一个新的、记录新增1的有序表。
Shellsort（）;
初始条件：
数组已经存在。
大体思想：
先取定一个正整数d1Bubblesort（）;
初始条件：
数组已经存在。
大体思想：
两两比较待排序记录的键值，并互换不知足顺序要求的那些偶对，直到全数知足顺序要求为止。
QuickSort（intlow,inthigh）；
初始条件：
数组已经存在。
大体思想：
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互换的方式将所有记录分成两部份，所有键值比它小的安置在一部份，所有键值比它大的安置在另一部份，并把该记录排在两部份的中间，也确实是该记录的最终位置。
那个进程称为一趟快速排序。
然后别离对所划分的两部份重复上述进程，一直重复到每部份内只有一个记录为止排序完成。
Selectsort（）;
初始条件：
数组已经存在。
大体思想：
每次从待排序的记录当选出键值最小（或最大）的记录，顺序放在已排序的记录序列的最后，直到全数排完。
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个记录互换。
Heap（）;
初始条件：
数组已经存在。
大体思想：
对一组待排序的的键值，第一是把它们按堆的概念排列成一个序列（称为初建堆），这就找到了最小键值，然后把最小的键值掏出，用剩下的键值再重建堆，便取得次小键值，如此反复进行，明白把全数键值排好序为止。
}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；
挪用子函数
}；
（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（关键字的互换记为三次移动）。
从而直观的判定各内部排序算法性能的好坏性。
4详细设计
4．1数据类型的概念
（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要紧模块的算法描述
下面是主程序的结构图和几个要紧模块的流程图：
开始
循环
产生一组随机数
将随机数保存在数组中
堆排序
选择排序
快速排序
起泡排序
希尔
排序
插入排序
记录关键字的比较次数和移动次数
输出关键字的比较次数和移动次数
结束
主程序结构图
开始
输入要排序的一组元素
i=1,j=1
定义临时中间变量k，并赋初值
i<元素总个数
N
ij<元素总个数
NY
j=j+1
第j个元素>第j+1个元素
Y
N
利用k交换第j个元素和第j+1个元素
Y
输出比较次数和移动次数
结束
冒泡排序关键字比较次数和移动次数的流程图
开始
输入要排序的一组元素
i=1，j=1
定义临时中间变量h，并赋初值
i<元数总个数
N
做第i趟排序
Y
i=i+1
在无序区R[i-n]中选h最小记录R[h]
h记下目前找到的最小关键字所在的位置
交换R[i]和R[h]
输出比较次数和移动次数
结束
选择排序关键字比较次数和移动次数的流程图
开始
输入要排序的一组元素
定义临时中间变量k，并赋初值
将二叉树转换成堆
i=总元素个数-1
i<=1
N
将堆的根植和最后一个值交换
Y
i--,k++
输出比较次数和移动次数
结束
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，取得了最终的排序结果，而且也明白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：
以上确实是对六种排序算法的一种演示，通过观看和分析咱们能够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熟悉，也慢慢地体会到了它们之间的微妙。
这次的课程设计，增强了我的动手，试探和解决问题的能力。
巩固和加深了我对数据结构的明白得，也让我知道了理论与实际相结合是超级重要的，更让我进一步明白了“团结确实是力量”这句话的含义。
在整个设计进程中，构思是很花时刻的。
调试时常常会碰到如此那样的错误，有的是因为粗心造成的语法错误。
固然，很多是因为用错了方式，老是实现不了。
同时在设计进程中发觉了自己的不足的地方，对以前所学过的知识明白得的不够深刻，把握的不够透彻。
依照我在课程设计中碰到的问题，我将在以后的学习进程中注意以下几点：
一、多在实践中锻炼自己；
二、写程序的进程中要考虑周到；
3、在做设计的时候要有信心，有耐心，切勿急躁。
这次的课程设计得以顺利完成，与黄同成教师的耐心指导和同窗们的及时帮忙是分不开的。
当我在编写程序碰到难题时，是黄教师的耐心指导，我才能够冲破一个个难关。
在程序设计进程中，同窗们给我的鼓舞和帮忙使我信心倍增。
在此我再次向黄同成教师和热心帮忙我的同窗表示深深的谢意。
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，2020
[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，2020
[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;*/
."）;
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=pirot）
{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（jif（R[j]{
j++;
times++;
}
if（temp>=R[j]）
{
finish=1;//堆成立完成
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值和最后一个值互换
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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