【C++实现插入排序、希尔排序、冒泡排序、快速排序、选择排序】

使用C++实现来插入排序、希尔排序、冒泡排序、快速排序、选择排序算法。

一、插入排序

插入排序，一般也被称为直接插入排序。对于少量元素的排序，它是一个有效的算法 。插入排序是一种最简单的排序方法，它的基本思想是将一个记录插入到已经排好序的有序表中，从而生成一个新的、记录数增1的有序表。在其实现过程使用双层循环，外层循环对除了第一个元素之外的所有元素，内层循环对当前元素前面有序表进行待插入位置查找，并进行移动 。

插入排序的工作方式像许多人排序一手扑克牌。开始时，我们的左手为空并且桌子上的牌面向下。然后，我们每次从桌子上拿走一张牌并将它插入左手中正确的位置。为了找到一张牌的正确位置，我们从右到左将它与已在手中的每张牌进行比较。拿在左手上的牌总是排序好的，原来这些牌是桌子上牌堆中顶部的牌 。

插入排序是指在待排序的元素中，假设前面n-1(其中n>=2)个数已经是排好顺序的，现将第n个数插到前面已经排好的序列中，然后找到合适自己的位置，使得插入第n个数的这个序列也是排好顺序的。按照此法对所有元素进行插入，直到整个序列排为有序的过程，称为插入排序 。

#include
using namespace std;

int main()
{
	int arr[6]={9,7,6,5,4,3};
	//遍历数组，依次进行比较 
	for(int i=0;i<5;i++){
		/*
		比较i和i+1，如果升序排序，则判断第i个元素是否大于第i+1个
		元素，如果是，则将第i+1个元素依次与之前的所有元素进行比较并
		排序，完成后将第i个元素插入到第i+1个元素的位置上。降序也是
		同样的原理。 
		*/ 
		if(arr[i]>arr[i+1]){
			//交换
			//从第i个元素开始交换 
			int j=i;
			//将需要插入的元素使用变量temp保存 
			int temp=arr[i+1];
			/**
			将第i个元素之前的所有元素进行一次重新排序，保证第0-i个元素
			之间是排好序的。 
			*/ 
			while(j>=0&&temp<arr[j]){
				arr[j+1]=arr[j];
				j--;
			}
			arr[j+1]=temp;
		}
	}
	//打印输出排序结果 
	for(int i=0;i<6;i++){
		cout<<arr[i]<<" ";
	}
 } 

二、希尔排序

希尔排序(Shell’s Sort)是插入排序的一种又称“缩小增量排序”（Diminishing Increment Sort），是直接插入排序算法的一种更高效的改进版本。希尔排序是非稳定排序算法。该方法因 D.L.Shell 于 1959 年提出而得名。

希尔排序是把记录按下标的一定增量分组，对每组使用直接插入排序算法排序；随着增量逐渐减少，每组包含的关键词越来越多，当增量减至 1 时，整个文件恰被分成一组，算法便终止。

#include
using namespace std;

int main()
{
	int arr[6]={9,7,6,5,4,3};
	//控制步长 
	for(int gap=6/2;gap>0;gap/=2){
		//遍历所有的组 
		for(int i=0;i<gap;i++){
			//遍历每个组中的所有元素 
			for(int j=i-gap;j>=0;j-=gap){
				/*
				比较第j个元素和第j+gap个元素，不满足排序规则的交换
				元素顺序。 
				*/ 
				if(arr[j]>arr[j+gap]){
					int t=arr[j];
					arr[j]=arr[j+gap];
					arr[j+gap]=t;
				}
			}
		}
	} 
	//打印输出排序结果 
	for(int i=0;i<6;i++){
		cout<<arr[i]<<" ";
	}
 } 

三、冒泡排序

冒泡排序（Bubble Sort），是一种计算机科学领域的较简单的排序算法。

它重复地走访过要排序的元素列，依次比较两个相邻的元素，如果顺序（如从大到小、首字母从Z到A）错误就把他们交换过来。走访元素的工作是重复地进行，直到没有相邻元素需要交换，也就是说该元素列已经排序完成。

这个算法的名字由来是因为越小的元素会经由交换慢慢“浮”到数列的顶端（升序或降序排列），就如同碳酸饮料中二氧化碳的气泡最终会上浮到顶端一样，故名“冒泡排序”。

冒泡排序算法的原理如下：

1. 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换他们两个。
2. 对每一对相邻元素做同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对。在这一点，最后的元素应该会是最大的数。
3. 针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个。
4. 持续每次对越来越少的元素重复上面的步骤，直到没有任何一对数字需要比较。

#include 
using namespace std;

int main()
{
    int array[8] = {8,7,6,5,4,3,2,1};
    //打印输出排序前的数组 
    cout<<"排序前的数组为：";
    for (int i = 0; i < 8; i++){
        cout<<array[i]<<" ";
    }
    //冒泡排序 
    for(int i=0;i<8;i++){
    	for(int j=0;j<8-1-i;j++){ 
    		if(array[j]>array[j+1]){
    			int temp=array[j];
    			array[j]=array[j+1];
    			array[j+1]=temp;
			}
		}
	}
    //打印输出排序后的数组 
    cout<<"\n排序后的数组为：";
    for (int i = 0; i < 8; i++){
        cout<<array[i]<<" ";
    }
    
    return 0;
}

四、快速排序

快速排序算法通过多次比较和交换来实现排序，其排序流程如下：

(1)首先设定一个分界值，通过该分界值将数组分成左右两部分。

(2)将大于或等于分界值的数据集中到数组右边，小于分界值的数据集中到数组的左边。此时，左边部分中各元素都小于分界值，而右边部分中各元素都大于或等于分界值。

(3)然后，左边和右边的数据可以独立排序。对于左侧的数组数据，又可以取一个分界值，将该部分数据分成左右两部分，同样在左边放置较小值，右边放置较大值。右侧的数组数据也可以做类似处理。

(4)重复上述过程，可以看出，这是一个递归定义。通过递归将左侧部分排好序后，再递归排好右侧部分的顺序。当左、右两个部分各数据排序完成后，整个数组的排序也就完成了。
原理

设要排序的数组是A[0]……A[N-1]，首先任意选取一个数据（通常选用数组的第一个数）作为关键数据，然后将所有比它小的数都放到它左边，所有比它大的数都放到它右边，这个过程称为一趟快速排序。值得注意的是，快速排序不是一种稳定的排序算法，也就是说，多个相同的值的相对位置也许会在算法结束时产生变动。

一趟快速排序的算法是：

1）设置两个变量i、j，排序开始的时候：i=0，j=N-1；

2）以第一个数组元素作为关键数据，赋值给key，即key=A[0]；

3）从j开始向前搜索，即由后开始向前搜索(j–)，找到第一个小于key的值A[j]，将A[j]和A[i]的值交换；

4）从i开始向后搜索，即由前开始向后搜索(i++)，找到第一个大于key的A[i]，将A[i]和A[j]的值交换；

5）重复第3、4步，直到ij； 3、4步中，没找到符合条件的值，即3中A[j]不小于key,4中A[i]不大于key的时候改变j、i的值，使得j=j-1，i=i+1，直至找到为止。找到符合条件的值，进行交换的时候i， j指针位置不变。另外，ij这一过程一定正好是i++或j–完成的时候，此时令循环结束。

排序演示

假设一开始序列{xi}是：5，3，7，6，4，1，0，2，9，10，8。

此时，ref=5，i=1，j=11，从后往前找，第一个比5小的数是x8=2，因此序列为：2，3，7，6，4，1，0，5，9，10，8。

此时i=1，j=8，从前往后找，第一个比5大的数是x3=7，因此序列为：2，3，5，6，4，1，0，7，9，10，8。

此时，i=3，j=8，从第8位往前找，第一个比5小的数是x7=0，因此：2，3，0，6，4，1，5，7，9，10，8。

此时，i=3，j=7，从第3位往后找，第一个比5大的数是x4=6，因此：2，3，0，5，4，1，6，7，9，10，8。

此时，i=4，j=7，从第7位往前找，第一个比5小的数是x6=1，因此：2，3，0，1，4，5，6，7，9，10，8。

此时，i=4，j=6，从第4位往后找，直到第6位才有比5大的数，这时，i=j=6，ref成为一条分界线，它之前的数都比它小，之后的数都比它大，对于前后两部分数，可以采用同样的方法来排序。

#include 
 
using namespace std;
 
void Qsort(int arr[], int low, int high){
    if (high <= low){
    	return;
	}
	
    int left = low;
    int right = high;
    int key = arr[low];
    
    while (true)
    {
        //将比key小的值放key左边，比key大的值放key右边 
		/*从左向右找比key大的值*/
        while (arr[left] <= key)
        {
            left++;//从左往右，下标递增 
            //当遍历到最后一个元素时，结束循环 
            if (left == high){
                break;
            }
        }
        /*从右向左找比key小的值*/
        while (arr[right] >= key)
        {
            right--; //从右往左，下标递减 
            //当遍历到第一个元素时，结束循环 
			if (right == low){
                break;
            }
        }
//        cout<<"left:"<
        /*
		当比key小的数全在左边，比key大的数全在右边时，表
		示第一次排序完成，结束循环
		*/ 
		if (left >= right){
        	break;
		}
        /*
		将比key小的数移到左边，比key大的数移到右边，
		交换left,right对应的值
		*/
        int temp = arr[left];
        arr[left] = arr[right];
        arr[right] = temp;
    }
    /*分别对左右两边的数字进行排序，
	中枢值与right对应值交换*/
    arr[low] = arr[right];
    arr[right] = key;
    Qsort(arr, low, right - 1);
    Qsort(arr, right + 1, high);
}
 
int main()
{
    int arr[] = {52, 64, 59, 52, 75, 28, 98, 30, 25};
    //获取数组长度 
	int len = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]); 
	//打印排序前的数组
	cout<<"排序前："; 
    for(int i = 0; i < len; i++)
    {
        cout << arr[i] << " ";
    }
    //调用快速排序函数 
	Qsort(arr, 0, len- 1);
	//打印排序后的数组 
    cout<<"\n排序后：";
    for(int i = 0; i < len; i++)
    {
        cout << arr[i] << " ";
    }
    return 0;
}

五、选择排序

选择排序（Selection sort）是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是：第一次从待排序的数据元素中选出最小（或最大）的一个元素，存放在序列的起始位置，然后再从剩余的未排序元素中寻找到最小（大）元素，然后放到已排序的序列的末尾。以此类推，直到全部待排序的数据元素的个数为零。选择排序是不稳定的排序方法。

排序思路：首先在未排序序列中找到最小（大）元素，存放到排序序列的起始位置，然后，再从剩余未排序元素中继续寻找最小（大）元素，然后放到已排序序列的末尾。以此类推，直到所有元素均排序完毕。

具体实现方法：

①初始状态：无序区为R[0…n-1]（共n个元素），有序区为空。

②第1趟排序

设置一个变量i，让i从0至n-2循环的同时，在对比数组中元素i跟元素i+1的大小，如果R[i+1]比R[i]小，则用一个变量k来记住他的位置（即k=i+1）。等到循环结束的时候，我们应该找到了R中最小的那个数的位置了。然后进行判断，如果这个最小元素的不是R的第一个元素，就让第一个元素跟他交换一下值，使R[0…0]和R[1…n-1]分别变为记录个数增加1个的新有序区和记录个数减少1个的新无序区。

……

③第i趟排序

第i趟排序开始时，当前有序区和无序区分别为R[0…i-1]和R[i…n-1]。该趟排序从当前无序区中选出关键字最小的记录 R[k]，将它与无序区的第1个记录R交换，使R[0…i]和R分别变为记录个数增加1个的新有序区和记录个数减少1个的新无序区。

图1例子：（通过寻找最小值的选择排序）

#include

using namespace std;

/*遍历寻找当前序列中的最小值，返回最小值的下标*/
int selectMin(int arr[],int i,int len){
	int min=i;
	for(;i<len;i++){
		if(arr[i]<arr[min]){
			min=i;
		}
	}
	return min;
}

int main()
{
	int arr[]={5,8,2,4,1,6};
	int len=sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
	for(int i=0;i<len;i++){
        //接收当前序列的最小值下标
		int j=selectMin(arr,i,len);
		//判断最小值是否为当前元素，如果不是，则交换最小值和当前元素的位置
        if(i!=j){
			int temp=arr[i];
			arr[i]=arr[j];
			arr[j]=temp;
		}
	}
	for(int i=0;i<len;i++){
		cout<<arr[i]<<" ";
	}
  }