冒泡算法的改进具体实现

时间:2021-05-19

冒泡排序算法的思想:

首先将第一个记录的关键字和第二个关键字进行比较,若为逆序则将两个记录进行交换。
然后比较第二个记录和第三个记录的关键字,直至第n-1个记录和第n个记录进行比较为止,一趟过后最大的元素会沉入最底部。
然后进行第二趟排序,对前 n-1 个记录进行同样1、2的操作,结果就是关键字次大的记录被安排到n-1位置上。
依次进行第 i 趟排序,对前 n-i 个记录进行同样的1、2的操作,直到一趟没有进行过任何比较的操作,排序结束。
先看一下基础冒泡算法:
复制代码 代码如下:
int BubbleSort(MergeType* L)
{
int i, j;
for (i = 0; i <= L->len-1; i++)
{
for (j = 0; j < L->len-1-i; j++)
{
if (L->elem[j+1] < L->elem[j])
{
SWAP(L->elem[j+1], L->elem[j] );
}
}
}

return 0;
}

这里的MergeType类型如下:
复制代码 代码如下:
typedef struct _SQLIST{
int* elem;
int len; //实际长度
int size; //分配空间
}SqList, *pSqList;

typedef _SQLIST MergeType;

核心思想是每次选出最大的数沉入底部,直至没有数据可比较。

首先计算一下它的时间复杂度,这里以最坏的情况来计算的话:

(n-1)+(n-2)+……+ 1 + 0 = n*(n-1)/ 2 = O(n^2)

最好的情况就是已经排序好,不需要进行比较
首先看到其不足之一:就是频繁交换元素。如何避免,可以存放在一个合适的位置,精简算法一:
复制代码 代码如下:
int BubbleSortEx(MergeType* L)
{
int i = 0, j = 0;
int max, temp;
for (i = 0; i <= L->len-1; i++)
{
temp = L->elem[0];
max = 0;
for (j = 1; j < L->len-i; j++)
{
if (L->elem[j] > temp)
{
temp = L->elem[j];
max = j;
}
}
//printf("%d:%d \n", max, temp);
swap(L->elem[L->len-1-i], L->elem[max] );
}

return 0;
}

看到这里每次仍然需要频繁的进行赋值操作,当然只是微不足道的,但是赋值也会增加cpu执行的时间,所以精简算法二:
复制代码 代码如下:
int BubbleSortEx(MergeType* L)
{
int i, j , max;
for (int i = 0; i <= L->len-1; i++)
{
max = 0;
for (j = 1; j < L->len-i; j++)
{
if (L->elem[j] > L->elem[max])
{
max = j;
}
}
//printf("%d:%d \n", max, L->elem[max]);
swap(L->elem[L->len-1-i], L->elem[max] );
}

return 0;
}

这里的两个swap是不一样的,当然也可以使用一样的,看如下具体的实现:
复制代码 代码如下:
#define SWAP(a, b) \
{ \
int temp = (a); \
(a) = (b); \
(b) = temp; \
}

复制代码 代码如下:
inline void swap(int& a, int& b)
{
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}

第一个是采用宏替换,当然主要是增加预处理的时间,主要是用宏会出现意想不到的错误
第二个是函数,这里使用了引用,可以减少指针使用的形参变量副本的创建,但是这里使用了inline,所以还是替换

测试程序:
复制代码 代码如下:
int PrintList(MergeType *L);
int ScanfList(MergeType *L, const int nScanfType = -1);

int SortTest()
{
printf("--- %s ---\n", __FUNCTION__);
MergeType pList;
MergeType pT;

pList.elem= (int*)malloc(sizeof(int)*10);
pList.len = 10;
pList.size = 10;

ScanfList(&pList);

BubbleSortEx(&pList);

PrintList(&pList);

free(pList.elem);
pList.elem = NULL;

return 0;
}

数据输入:
复制代码 代码如下:
int ScanfList(MergeType *L, const int nScanfType)
{
if (!L->elem)
{
return -1;
}

printf("Old List\t: ");

for (int i = 0; i <= L->len; i++ )
{
if( i == L->len )
{
printf("\n");
break;
}
switch (nScanfType)
{
case 0:
{
break;
}
default:
L->elem[i] = 11 * i - i * i;
break;
}
printf("%d ", L->elem[i]);
}
return 0;
}

数据输出:
复制代码 代码如下:
int PrintList(MergeType *L)
{
if (!L->elem)
{
return -1;
}

printf("Sort List\t: ");

for (int i = 0; i <= L->len; i++ )
{
if (i == L->len)
{
printf("\n");

break;
}
printf("%d ", L->elem[i]);
}
return 0;
}

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