From Gossip@caterpillar

Algorithm Gossip: 選擇、插入、氣泡排序

說明

選擇排序(Selection sort)、插入排序(Insertion sort)與氣泡排序(Bubble sort)這三個排序方式是初學排序所必須知道的三個基本排序方式,它們由於速度不快而不實用(平均與最快的時間複雜度都是O(n2)),然而它們排序的方式確是值得觀察與探討的。

解法

將要排序的對象分作兩部份,一個是已排序的,一個是未排序的,從後端未排序部份選擇一個最小值,並放入前端已排序部份的最後一個,例如:

排序前:70 80 31 37 10 1 48 60 33 80

  1. [1] 80 31 37 10 70 48 60 33 80 選出最小值1
  2. [1 10] 31 37 80 70 48 60 33 80 選出最小值10
  3. [1 10 31] 37 80 70 48 60 33 80 選出最小值31
  4. [1 10 31 33] 80 70 48 60 37 80 ......
  5. [1 10 31 33 37] 70 48 60 80 80 ......
  6. [1 10 31 33 37 48] 70 60 80 80 ......
  7. [1 10 31 33 37 48 60] 70 80 80 ......
  8. [1 10 31 33 37 48 60 70] 80 80 ......
  9. [1 10 31 33 37 48 60 70 80] 80 ......

像是玩樸克一樣,我們將牌分作兩堆,每次從後面一堆的牌抽出最前端的牌,然後插入前面一堆牌的適當位置,例如:

排序前:92 77 67 8 6 84 55 85 43 67

  1. [77 92] 67 8 6 84 55 85 43 67 將77插入92前
  2. [67 77 92] 8 6 84 55 85 43 67 將67插入77前
  3. [8 67 77 92] 6 84 55 85 43 67 將8插入67前
  4. [6 8 67 77 92] 84 55 85 43 67 將6插入8前
  5. [6 8 67 77 84 92] 55 85 43 67 將84插入92前
  6. [6 8 55 67 77 84 92] 85 43 67 將55插入67前
  7. [6 8 55 67 77 84 85 92] 43 67 ......
  8. [6 8 43 55 67 77 84 85 92] 67 ......
  9. [6 8 43 55 67 67 77 84 85 92] ......

顧名思義,就是排序時,最大的元素會如同氣泡一樣移至右端,其利用比較相鄰元素的方法,將大的元素交換至右端,所以大的元素會不斷的往右移動,直到適當的位置為止。

基本的氣泡排序法可以利用旗標的方式稍微減少一些比較的時間,當尋訪完陣列後都沒有發生任何的交換動作,表示排序已經完成,而無需再進行之後的迴圈比較與交換動作,例如:

排序前:95 27 90 49 80 58 6 9 18 50

  1. 27 90 49 80 58 6 9 18 50 [95] 95浮出
  2. 27 49 80 58 6 9 18 50 [90 95] 90浮出
  3. 27 49 58 6 9 18 50 [80 90 95] 80浮出
  4. 27 49 6 9 18 50 [58 80 90 95] ......
  5. 27 6 9 18 49 [50 58 80 90 95] ......
  6. 6 9 18 27 [49 50 58 80 90 95] ......
  7. 6 9 18 [27 49 50 58 80 90 95] 由於接下來不會再發生交換動作,排序提早結束

在上面的例子當中,還加入了一個觀念,就是當進行至i與i+1時沒有交換的動作,表示接下來的i+2至n已經排序完畢,這也增進了氣泡排序的效率。

實作

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#define MAX 10
#define SWAP(x,y) {int t; t = x; x = y; y = t;}

void selsort(int[]); // 選擇排序
void insort(int[]); // 插入排序
void bubsort(int[]); // 氣泡排序

int main(void) {
int number[MAX] = {0};
int i;

srand(time(NULL));

printf("排序前:");
for(i = 0; i < MAX; i++) {
number[i] = rand() % 100;
printf("%d ", number[i]);
}

printf("\n請選擇排序方式:\n");
printf("(1)選擇排序\n(2)插入排序\n(3)氣泡排序\n:");
scanf("%d", &i);

switch(i) {
case 1:
selsort(number); break;
case 2:
insort(number); break;
case 3:
bubsort(number); break;
default:
printf("選項錯誤(1..3)\n");
}

return 0;
}

void selsort(int number[]) {
int i, j, k, m;

for(i = 0; i < MAX-1; i++) {
m = i;
for(j = i+1; j < MAX; j++)
if(number[j] < number[m])
m = j;

if( i != m)
SWAP(number[i], number[m])

printf("第 %d 次排序:", i+1);
for(k = 0; k < MAX; k++)
printf("%d ", number[k]);
printf("\n");
}
}

void insort(int number[]) {
int i, j, k, tmp;

for(j = 1; j < MAX; j++) {
tmp = number[j];
i = j - 1;
while(tmp < number[i]) {
number[i+1] = number[i];
i--;
if(i == -1)
break;
}
number[i+1] = tmp;

printf("第 %d 次排序:", j);
for(k = 0; k < MAX; k++)
printf("%d ", number[k]);
printf("\n");
}
}

void bubsort(int number[]) {
int i, j, k, flag = 1;

for(i = 0; i < MAX-1 && flag == 1; i++) {
flag = 0;
for(j = 0; j < MAX-i-1; j++) {
if(number[j+1] < number[j]) {
SWAP(number[j+1], number[j]);
flag = 1;
}
}

printf("第 %d 次排序:", i+1);
for(k = 0; k < MAX; k++)
printf("%d ", number[k]);
printf("\n");
}
}

public class BasicSort {
public static void selectionSort(int[] number) {
for(int i = 0; i < number.length - 1; i++) {
int m = i;
for(int j = i + 1; j < number.length; j++)
if(number[j] < number[m])
m = j;

if(i != m)
swap(number, i, m);
}
}

public static void injectionSort(int[] number) {
for(int j = 1; j < number.length; j++) {
int tmp = number[j];
int i = j - 1;
while(tmp < number[i]) {
number[i+1] = number[i];
i--;
if(i == -1)
break;
}

number[i+1] = tmp;
}
}

public static void bubbleSort(int[] number) {
boolean flag = true;

for(int i = 0; i < number.length-1 && flag; i++) {
flag = false;
for(int j = 0; j < number.length-i-1; j++) {
if(number[j+1] < number[j]) {
swap(number, j+1, j);
flag = true;
}
}
}
}

private static void swap(int[] number, int i, int j) {
int t;
t = number[i];
number[i] = number[j];
number[j] = t;
}
}