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交换排序——冒泡排序、快速排序

news 2025/8/21 4:30:16

交换排序就是通过比较交换实现排序。分冒泡排序和快速排序两种。

一、冒泡排序：

1、简述

顾名思义就是大的就冒头，换位置。

通过多次重复比较、交换相邻记录而实现排序；每一趟的效果都是将当前键值最大的记录换到最后。

冒泡排序算法的原理如下：

比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换他们两个。
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。
针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个。
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

2、复杂度

时间复杂度：O(n²)

空间复杂度：O(1)

3、稳定性：稳定排序

4、例子

#include <iostream>
using namespace std;
// 冒泡
int main() {int arr[8] = {45, 38, 66, 90, 88, 10, 25, 45};int arrCount = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);for (int i = 0; i < arrCount - 1; i++) {for (int j = 0; j < arrCount - i - 1; j++) {if (arr[j] > arr[j+1]) { // 对比两个值int tmp = arr[j];// 交换位置arr[j] = arr[j+1];arr[j+1] = tmp;}}cout<<i+1<<"次排序后：";for (int i = 0;i < arrCount;i++) {cout << arr[i] << " ";}cout<<endl;}cout<<"最后结果：";for (int i = 0;i < arrCount;i++) {cout << arr[i] << " ";}return 0;
}

输出结果：

1次排序后：38 45 66 88 10 25 45 90 
2次排序后：38 45 66 10 25 45 88 90 
3次排序后：38 45 10 25 45 66 88 90 
4次排序后：38 10 25 45 45 66 88 90 
5次排序后：10 25 38 45 45 66 88 90 
6次排序后：10 25 38 45 45 66 88 90 
7次排序后：10 25 38 45 45 66 88 90 
最后结果：10 25 38 45 45 66 88 90

二、快速排序：

关键词：基准值，递归算法

1、简述

快速排序（Quicksort），计算机科学词汇，适用领域Pascal，C++等语言，是对冒泡排序算法的一种改进。

快速排序算法流程如下：

首先设定一个基准值，通过该基准值将数组分成左右两部分。
将大于或等于基准值的数据集中到数组右边，小于基准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基准值，而右边部分中各元素都大于或等于基准值。
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，又可以取一个基准值，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。
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。

2、复杂度

时间复杂度：O( $n\log_{2}n$ ) 、最差O(n²) （注：快速排序在表基本有序时，最不利于其发挥效率，即蜕化为冒泡排序,其时间复杂度为O(n²)）

空间复杂度：O( $\log_{2}n$ )

3、稳定性：不稳定排序

在交换的过程中相同的数值可能会被换到前面去，所以是不稳定的。

4、例子

在经历第一趟之后，我们将基准值左边和右边分别进行同样的操作。

left和right从原先的0和7，更新为对应的数值：

第一趟排序之后： [25 38 10] 45 [88 90 66 45]

分别对子序列排序：

左边子序列排序： [25 38 10] > left = 0, right = 2, flag = 25

[10] 25 [38]

再对25左右两侧进行同样的排序方式，得出左边子序列排序后的结果：

10 25 38

右边子序列排序： [88 90 66 45] > left = 4, right = 7, flag = 88

[45 66] 88 [90]

再对88左右两侧进行同样的排序方式，最后得到右边子序列排序后的顺序：

45 66 88 90

合并起来就是： [10 25 38 45 45 66 88 90]

由于交换规则一致，我们可以用递归来处理。

#include <iostream>
using namespace std;
/// 交换位置
void swapPosition(int arr[], int x, int y) {arr[x] = arr[y]+arr[x];arr[y] = arr[x] - arr[y];arr[x] = arr[x] - arr[y];
}void quickSort(int list[], int begin, int end) {// 将基准值flag定为列表第一个。int left = begin, right = end, flag = list[begin];cout<<"这趟排序的起始位置："<<begin<<",结束位置："<<end<<"，基准值："<<flag<<endl;// 左右指针未碰头则反复做：while (left < right) {// 从右边开始！！！// 右边没找到小于 flag 的右指针 继续往左移while (list[right] >= flag && left<right) {--right;}// 右边找到比flag小的数据，则将其送到左边，并且将左边的指针往右移动if(left < right) {// 交换位置swapPosition(list, left, right);++left;}// 接着开始左边的循环// 左边没找到大于 flag 的左指针 继续往右移while (list[left] <= flag && left<right) {++left;}// 左边找到比flag大的数据，则将其送到右边，并且将右边的指针往左移动if(left < right) {// 交换位置swapPosition(list, left, right);--right;}}cout<<"结果：";for (int i = 0;i < 8;i++) {cout << list[i] << " ";}cout<<endl;if (begin<left-1){cout<<"开始左边的递归:"<<endl;quickSort(list, begin, left-1);}if(right+1 < end){cout<<"开始右边的递归:"<<endl;quickSort(list, right+1, end);}
}
int main() {int arr[8] = {45, 38, 66, 90, 88, 10, 25, 45};int arrCount = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);quickSort(arr, 0, arrCount - 1);cout<<"最后结果：";for (int i = 0;i < arrCount;i++) {cout << arr[i] << " ";}return 0;
}

输出结果：

这趟排序的起始位置：0,结束位置：7，基准值：45
结果：25 38 10 45 88 90 66 45 
开始左边的递归:
这趟排序的起始位置：0,结束位置：2，基准值：25
结果：10 25 38 45 88 90 66 45 
开始右边的递归:
这趟排序的起始位置：4,结束位置：7，基准值：88
结果：10 25 38 45 45 66 88 90 
开始左边的递归:
这趟排序的起始位置：4,结束位置：5，基准值：45
结果：10 25 38 45 45 66 88 90 
最后结果：10 25 38 45 45 66 88 90

参考：

百度百科——冒泡排序：https://baike.baidu.com/item/%E5%86%92%E6%B3%A1%E6%8E%92%E5%BA%8F?fromModule=lemma_search-box

百度百科——快速排序：https://baike.baidu.com/item/%E5%BF%AB%E9%80%9F%E6%8E%92%E5%BA%8F%E7%AE%97%E6%B3%95/369842?fr=ge_ala

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http://www.lryc.cn/news/158657.html