算法合集：四大经典排序(选择、插入、冒泡、希尔)算法原理及其C++代码实现

本文内容

本文主要对选择、插入、冒泡、希尔四个排序进行介绍以及C++代码实现，其中希尔排序稍难，其余三个原理较为简单。

什么是选择排序

选择排序就是每次从无序序列中选择无序序列的最大(小)的元素，与无序部分的最后一个(第一个)进行互换位置，这样使得每趟排序都能确定一个元素的绝对位置，执行n次后，得到一个完全有序的序列。图片演示如下：
注意，图片中的思路是每次选择无序序列的最小元素，与无序部分的的一个互换位置，代码实现中是选择的最大元素的方法。

选择排序代码实现

#include 
#include 
#include 
using namespace std;
/*
	思想:每次循环 找到最大的元素 然后把最后一个位置的元素和它的值交换 然后把要排序的数组缩短一个
*/
void SelectSort(vector<int>&datas) {
	int len = datas.size();
	for (int i = 0; i < len-1; i++)//只需排len-1个最大的元素 剩下的一个自然就是最小的
	{
		int max = 0;
		for (int j = 0; j < len-i; j++)
		{
			if (datas[max]<datas[j])
			{
				max = j;
			}
		}
		int tmp = 0;
		tmp = datas[ len - i - 1];
		datas[len - i - 1] = datas[ max];
		datas[max] = tmp;
	}
}

int main()
{
	// C++ 11 的random库 
	random_device rd;   
	mt19937 gen(rd());  
	uniform_int_distribution<> dist(1, 200); 

	vector<int>a(10);
	int len = a.size();
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		a[i] = dist(gen);
	}
	cout << "before sort:" << endl;
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		cout << a[i] << "\t";
	}
	cout << endl;
	SelectSort(a);
	cout << "after sort:" << endl;
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		cout << a[i] << "\t";
	}
	cout << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

什么是插入排序

从字面上理解，插入排序就是将一个数据插入到其本应存在的地方。具体思路如下：我们将数组分为两部分：前部分为完全有序的序列，后部分为无序的序列；每趟排序开始，选择无序序列中的第一个元素，从后往前插入到有序的序列中，n趟下来，数组就完全有序了。图片演示如下：

插入排序代码实现

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

void InsertSort(vector<int>&datas)
{
	int len = datas.size();
	//细节 由于只含有一个元素的序列是天然有序的 所以我们只需要进行 n-1 次排序就行了
	for (size_t i = 0; i < len -1; i++)
	{
		int current = datas[i + 1];
		int preIndex = i;
		//这部分对应动图中的元素后移操作
		while (preIndex>=0&&datas[preIndex]>current)
		{
			datas[preIndex + 1] = datas[preIndex];
			preIndex--;
		}
		//这里对应移动所有元素后的插入操作
		datas[preIndex + 1] = current;
	}
}

int main()
{
	// C++ 11 的random库 
	random_device rd;
	mt19937 gen(rd());
	uniform_int_distribution<> dist(1, 200);

	vector<int>a(10);
	int len = a.size();
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		a[i] = dist(gen);
	}
	cout << "before sort:" << endl;
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		cout << a[i] << "\t";
	}
	cout << endl;
	InsertSort(a);
	cout << "after sort:" << endl;
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		cout << a[i] << "\t";
	}
	cout << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

什么是希尔排序

希尔排序是插入排序的简化版，通过插入排序的算法我们可以发现，每次在找元素插入的位置时，会进行大量的数据交换以及判断，这是一个限制，希尔排序就能很好的减少这些交换次数，简单理解便是：通过增量序列对待排序序列分组，在分组之间进行交换，这样做的好处是，通过分组间的交换更快使得数组变得有序，即更小的元素能更快的被换到它实际的位置上去，同时减少了判断和交换。

希尔排序代码实现

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

void ShellSort(vector<int>& datas)
{
	int len = datas.size();
	int temp, gap = len / 2;
	while (gap > 0) 
	{
		for (int i = gap; i < len; i++) 
		{
			temp = datas[i];
			int preIndex = i - gap;
			while (preIndex >= 0 && datas[preIndex] > temp) 
			{
				    datas[preIndex + gap] = datas[preIndex];
				    preIndex -= gap;	
			}
			datas[preIndex + gap] = temp;
		}
		gap /= 2;
	}
}

int main()
{
	// C++ 11 的random库 
	random_device rd;
	mt19937 gen(rd());
	uniform_int_distribution<> dist(1, 200);

	vector<int>a(10);
	int len = a.size();
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		a[i] = dist(gen);
	}
	cout << "before sort:" << endl;
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		cout << a[i] << "\t";
	}
	cout << endl;
	ShellSort(a);
	cout << "after sort:" << endl;
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		cout << a[i] << "\t";
	}
	cout << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

什么是冒泡排序

冒泡排序的排序原理也是十分巧妙的，它的思想如下：两个相邻元素进行比较，较大(小)者放后面(前)，那么可以确定的是，对整个序列进行一次这个操作，最大的元素必定移动到了数组最后一位。因此也需要将数组分成两个部分：前部分为无序的序列，后部分为有序的序列，每次操作使得无序序列长度-1，将其最大的元素放到有序序列中，同时有序序列长度+1，进行n-1次，数组就完全有序了。
思考：是否真的需要n-1次？当某一趟排序过程中，没有元素进行交换，就意味着无序序列中不存在逆序的情况(否则必定会换的)，所以可以设置标志位来实现，若没交换排序就直接结束了。

冒泡排序代码实现

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

void BubbleSort(vector<int>& datas)
{
	int len = datas.size();
	for (int i = 0; i < len - 1; i++) 
	{
		bool flag = false;
		for (int j = 0; j < len - 1 - i; j++) 
		{
			if (datas[j + 1] < datas[j]) 
			{
				int temp = datas[j + 1];
				datas[j + 1] = datas[j];
				datas[j] = temp;
				flag = true;
			}
		}
		//没交换直接结束
		if (!flag) return;
	}
}

int main()
{
	// C++ 11 的random库 
	random_device rd;
	mt19937 gen(rd());
	uniform_int_distribution<> dist(1, 200);

	vector<int>a(10);
	int len = a.size();
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		a[i] = dist(gen);
	}
	cout << "before sort:" << endl;
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		cout << a[i] << "\t";
	}
	cout << endl;
	BubbleSort(a);
	cout << "after sort:" << endl;
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		cout << a[i] << "\t";
	}
	cout << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

下篇文章将介绍一些更为巧妙的排序，若本文对大家有用，就请关注点赞支持一下呗~