【C++】各种排序运行时间的测试

Love The Way You Lie 2022-06-10 02:59 272阅读 0赞

我们经常见的就是对一组数据进行排序，而排序的方法有很多种。

常见的排序方法有：

冒泡排序，插入排序，希尔排序，快速排序，堆排序，选择排序，归并排序，计数排序，基数排序。

这些常见的排序方法，对同一组数据进行排序的时候有块也又慢，它们的时间复杂度也不一样：

![Center][]

接下来我们就来简单的测试一下运行这些排序方法所需要的时间。

首先，计算一个程序运行的时间的函数是clock'函数，它放在time,h里面。

我们在开始执行程序的时候定义start，执行完程序的时候定义一个finish，两个时间相减，则可以得到该程序运行的时间 。

代码实现：

test.h文件

#pragma once   
    #include <iostream>
    using namespace std;
    #include <time.h>
    #include<assert.h>
    #include<stack>
    #define M 100 /* 执行次数 */
    #define N 500 /* 数组大小 */
    
    void Menu();//菜单函数
    void BubbleSort(int *a, size_t n);//1，冒泡排序
    void InsertSort(int *a, size_t n);//2,插入排序
    void SheelSort(int *a, size_t n);//3,希尔排序
    void SelectSort(int *a, size_t n);//4,选择排序
    void QuickSort(int *a, size_t left, size_t right);//5，快速排序算法
    void HeapSort(int *a, size_t n);//6，堆排序
    void MergeSort(int* a, size_t n);//7,归并排序
    void CountSort(int *a, size_t n);//8,计数排序
    void LSDSort(int *a, size_t n);//9，基数排序

test.cpp文件

#include"test.h"
    
    void Menu()
    {
    	cout << "**********************************************\n";
    	cout << "*****************1，冒泡排序******************\n";
    	cout << "*****************2，插入排序******************\n";
    	cout << "*****************3，希尔排序******************\n";
    	cout << "*****************4，选择排序******************\n";
    	cout << "***************5，快速排序算法****************\n";
    	cout << "*****************6，堆排序********************\n";
    	cout << "*****************7，归并排序******************\n";
    	cout << "*****************8，计数排序******************\n";
    	cout << "*****************9，基数排序******************\n";
    	cout << "*******************0，退出********************\n";
    	cout << "**********************************************\n";
    	cout << "请选择一种排序的算法： " << endl;
    }
    //1，冒泡排序
    void BubbleSort(int *a, size_t n)
    {
    	int i, j;
    	int tmp;
    	for (i = 1; i < n; i++)
    	{
    		for (j = n-1; j >= i; j--)
    		{
    			if (a[j + 1] < a[j])
    			{
    				tmp = a[j + 1];
    				a[j + 1] = a[j];
    				a[j] = tmp;
    			}
    		}
    	}
    }
    
    //2,插入排序
    void InsertSort(int *a, size_t n)
    {
    	int i;
    	int j;
    	for (i = 2; i <= n; i++)
    	{
    		a[0] = a[i];
    		j = i - 1;
    		while (a[0] < a[j])
    		{
    			a[j + 1] = a[j];
    			j--;
    		}
    		a[j + 1] = a[0];
    	}
    }
    
    //3,希尔排序
    void SheelSort(int *a, size_t n)
    {
    	assert(a);
    	int gub = n / 2;//先定义增量为n/2
    	while (gub > 0)
    	{
    		for (size_t i = gub; i < n; ++i)//从第gub个数据处开始进行交换
    		{
    			int tmp = a[i];
    			int end = i - gub;
    			while (end >= 0 && tmp < a[end])
    			{
    				a[end + gub] = a[end];
    				end = end - gub;
    			}
    			a[end + gub] = tmp;
    		}
    		gub /= 2;
    	}
    }
    
    //4,选择排序
    void SelectSort(int *a, size_t n)
    {
    	assert(a);
    	int left = 0;
    	int right = n - 1;
    	while (left < right)
    	{
    		size_t MinIndex = left;
    		size_t MaxIndex = right;
    		for (size_t i = left; i <= right; ++i)
    		{
    			if (a[i] < a[MinIndex])
    			{
    				MinIndex = i;
    			}
    			if (a[i] > a[MaxIndex])
    			{
    				MaxIndex = i;
    			}
    
    		}
    		swap(a[left], a[MinIndex]);
    		if (MaxIndex == left)
    		{
    			MaxIndex = MinIndex;
    		}
    		swap(a[right], a[MaxIndex]);
    		++left;
    		--right;
    	}
    }
    
    //5，快速排序算法
    int PartSort(int *a, size_t left, size_t right)
    
    {
    	int i, j;
    	static int w = 0;
    	int temp;
    	i = left;
    	j = right;
    	temp = a[i];
    	do
    	{
    		while ((a[j]>temp) && (i<j))
    		{
    			j--;
    			w++;
    		}
    		if (i<j)
    		{
    			a[i] = a[j];
    			i++;
    			w++;
    		}
    		while ((a[i]<= temp) && (i<j))
    		{
    			i++;
    			w++;
    		}
    		if (i<j)
    		{
    			a[j] = a[i];
    			j--;
    			w++;
    		}
    	} while (i != j);
    	a[i] = temp;
    	return i;
    }
    
    void QuickSort(int *a, size_t left, size_t right)
    {
    	assert(a);
    	if (left >= right)
    	{
    		return;
    	}
    	int div = PartSort(a, left, right);
    	QuickSort(a, left, div - 1);
    	QuickSort(a, div + 1, right);
    }
    
    //6，堆排序
    void AdjustDown(int *a, size_t n, int root)
    {
    	size_t parent = root;
    	size_t child = parent * 2 + 1;
    	while (child < n)
    	{
    		if (child + 1 < n && a[child + 1] > a[child])
    		{
    			++child;
    		}
    		if (a[child] > a[parent])
    		{
    			swap(a[child], a[parent]);
    			parent = child;;
    			child = parent * 2 + 1;
    		}
    		else
    		{
    			break;
    		}
    	}
    }
    void HeapSort(int *a, size_t n)
    {
    	assert(a);
    	int parent = (n - 2) >> 1;
    	//建堆
    	for (; parent >= 0; --parent)
    	{
    		AdjustDown(a, n, parent);
    	}
    	for (int i = n - 1; i >= 0; --i)
    	{
    		swap(a[0], a[i]);
    		AdjustDown(a, i, 0);
    	}
    }
    
    //7，归并排序
    void _MergeSort(int* src, int* dst, int left, int right)
    {
    	if (left >= right)
    		return;
    	int mid = left + (right - left) / 2;
    	//[left,mid],[mid+1,right]
    	_MergeSort(src, dst, left, mid);
    	_MergeSort(src, dst, mid + 1, right);
    
    	int begin1 = left; int begin2 = mid + 1;
    	int index = 0;
    
    	while (begin1 <= mid && begin2 <= right)
    	{
    		if (src[begin1] < src[begin2])
    			dst[index++] = src[begin1++];
    		else
    			dst[index++] = src[begin2++];
    	}
    
    	while (begin1 <= mid)
    		dst[index++] = src[begin1++];
    	while (begin2 < right)
    		dst[index++] = src[begin2++];
    
    	int i = 0; int j = left;
    	while (i < index)
    		src[j++] = dst[i++];
    }
    void MergeSort(int* arr, size_t len)
    {
    	assert(arr);
    	assert(len > 0);
    	int *tmp = new int[len];
    	_MergeSort(arr, tmp, 0, len - 1);
    }
    
    //8,计数排序
    void CountSort(int *a, size_t n)
    {
    	int i, j, k;
    	int C[N + 1] = { 0 };  /*用于计数的C数组的所有元素初值为0*/
    	for (i = 0; i<n; i++)
    		C[a[i]]++;    /*例如，R[i].key为6时，C[6]++，C[R[i].key]是R[i].key出现的次数*/
    	k = 0;
    	for (j = 0; j <= N; j++)    /*考察每一个j*/
    	for (i = 1; i <= C[j]; i++)   /*j=R[j].key出现过C[j]个，此即是排序的结果*/
    		a[k++] = j;
    }
    
    //9，基数排序
    size_t GetMaxDigit(int *a, size_t n)
    {
    	size_t digit = 1;
    	size_t base = 10;
    	for (size_t i = 0; i < n; i++)
    	{
    		while (a[i] >= base)
    		{
    			base *= 10;
    			digit++;
    		}
    	}
    	return digit;
    }
    void LSDSort(int *a, size_t n)
    {
    	size_t maxDigit = GetMaxDigit(a, n);
    	size_t base = 1;
    
    	size_t *bucket = new size_t[n];
    	while ((maxDigit--) > 0)
    	{
    		size_t counts[10] = { 0 };
    		size_t start[10] = { 0 };
    		start[0] = 0;
    
    		for (size_t i = 0; i < n; i++)
    		{
    			size_t num = (a[i] / base) % 10;
    			counts[num]++;
    		}
    		for (size_t i = 1; i < 10; i++)
    		{
    			start[i] = start[i - 1] + counts[i - 1];
    		}
    
    		for (size_t i = 0; i < n; i++)
    		{
    			size_t num = (a[i] / base) % 10;
    			bucket[start[num]++] = a[i];
    		}
    		memcpy(a, bucket, sizeof(size_t)*n);
    		base *= 10;
    	}
    }

main.cpp

#include"test.h"
    void main() 
    {
    	int a[N], i, j, p;
    	Menu();
    	do{
    		cin >> p;
    		double start, finish; /* 定义开始的时间和结束的时间 */
    		start = (double)clock(); 
    		for (j = 0; j<M; j++) 
    		{ /* 执行M次 */
    			for (i = 0; i<N; *(a + i++) = rand() % 10); /* 每次对数组进行重新赋值 */
    			switch (p)
    			{
    			case 1:BubbleSort(a, N); 
    				break;
    			case 2:InsertSort(a, N);
    				break;
    			case 3:SheelSort(a, N);
    					break;
    			case 4:SelectSort(a, N);
    					break;
    			case 5:QuickSort(a, 0, N - 1);
    					break;
    			case 6:HeapSort(a, N);
    					break;
    			case 7:MergeSort(a, N);
    				break;
    			case 8:CountSort(a, N);
    					break;
    			case 9:LSDSort(a, N);
    			case 0:break;
    			default:break;
    			}
    		}
    		finish = (double)clock();
    		printf("%.4fms\n", (finish - start));
    	} while (p != 0);
    }

在本个小测试中，一共测试了九个排序方法：冒泡排序，插入排序，希尔排序，选择排序，快速排序，堆排序，归并排序，计数排序，基数排序。

接下来我们来看一下测试的结果：

![Center 1][]  
由运行的结果可以得出结论：

![Center 2][]

由这个简单的小测试，我们可以知道，排序中最快的是计数排序，然后是基数排序，冒泡排序是运行时间最长的一个方法。

这只是一个简单的小测试，还有不完善的地方，望多多指教！

[Center]: /images/20220610/3c3647237ceb4ed7ac1ae96a02a522b2.png
[Center 1]: /images/20220610/603d78c3bc79414ebed4885f2fb79220.png
[Center 2]: /images/20220610/0ec90a68f5c54896ab0de896f0e4bf28.png