C#經典排序演算法的圖文代碼詳解（下）

這篇文章主要為大家詳細介紹了C#七大經典排序演算法系列下篇，直接插入排序，希爾排序和歸併排序，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下

今天跟大家聊聊最後三種排序： 直接插入排序，希爾排序與歸併排序。

直接插入排序：

這種排序其實蠻好理解的，很現實的例子就是俺們斗地主，當我們抓到一手亂牌時，我們就要按照大小梳理撲克，30秒後，撲克梳理完畢，4條3，5條s，哇塞...... 回憶一下，俺們當時是怎麼梳理的。

最左一張牌是3，第二張牌是5，第三張牌又是3，趕緊插到第一張牌後面去，第四張牌又是3，大喜，趕緊插到第二張後面去，第五張牌又是3，狂喜，哈哈，一門砲就這樣產生了。

怎麼樣，生活中處處都是演算法，早已經融入我們的生活和血液。

下面就上圖說明：

看這張圖不知道大家可否理解了，在插入排序中，陣列會被劃分為兩種，“有序數組塊”和“無序數組塊”，對的，第一遍的時候從”無序數組塊“中提取一個數20作為有序數組塊。

第二遍的時候從」無序數組塊「中提取一個數60有序的放到」有序數組塊中“，也就是20，60。

第三遍的時候同理，不同的是發現10比有序數組的值都小，因此20，60位置後移，騰出一個位置讓10插入。

然後依照這種規律就可以全部插入完畢。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace InsertSort
{
 public class Program
 {
  static void Main(string[] args)
  {
   List<int> list = new List<int>() { 3, 1, 2, 9, 7, 8, 6 };

   Console.WriteLine("排序前：" + string.Join(",", list));

   InsertSort(list);

   Console.WriteLine("排序后：" + string.Join(",", list));
  }

  static void InsertSort(List<int> list)
  {
   //无须序列
   for (int i = 1; i < list.Count; i++)
   {
    var temp = list[i];

    int j;

    //有序序列
    for (j = i - 1; j >= 0 && temp < list[j]; j--)
    {
     list[j + 1] = list[j];
    }
    list[j + 1] = temp;
   }
  }
 }
}

Hel排序：

觀察」插入排序「：其實不難發現她有個缺點：

如果當資料是」5, 4, 3, 2, 1「的時候，此時我們將「無序區塊」中的記錄插入到「有序塊」時，估計俺們要崩盤，每次插入都要移動位置，此時插入排序的效率可想而知。

shell根據這個弱點進行了演算法改進，融入了一種叫做「縮小增量排序法」的思想，其實也蠻簡單的，不過有點注意的就是：

增量不是亂取，而是有規律可循的。

首先要先明確增量的取法：

        第一次增量的取法為： d=count/2;

        第二次增量的取法為: d=(count/2)/2;

        最後一到: d=1;

#看上圖觀測的現象為：

d=3時：將40跟50比，因50大，不交換。

               由

                    且以60比，以60小，並交換。

d=2時：將40跟60比，不交換，拿60跟30比交換，此時交換後的30又比前面的40小，又要將40和30交換，如上圖。

              將20跟50比，且不交換，且繼續將50跟80比，且不交換。

d=1時：這時就是前面講的插入排序了，不過此時的序列已經差不多有序了，所以給插入排序帶來了很大的性能提高。

既然說「希爾排序」是「插入排序」的改良版，那我們就要比一下，在1w個數字中，到底能快多少？

下面進行測試：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Diagnostics;

namespace ShellSort
{
 public class Program
 {
  static void Main(string[] args)
  {
   //5次比较
   for (int i = 1; i <= 5; i++)
   {
    List<int> list = new List<int>();

    //插入1w个随机数到数组中
    for (int j = 0; j < 10000; j++)
    {
     Thread.Sleep(1);
     list.Add(new Random((int)DateTime.Now.Ticks).Next(10000, 1000000));
    }

    List<int> list2 = new List<int>();
    list2.AddRange(list);

    Console.WriteLine("\n第" + i + "次比较：");

    Stopwatch watch = new Stopwatch();

    watch.Start();
    InsertSort(list);
    watch.Stop();

    Console.WriteLine("\n插入排序耗费的时间：" + watch.ElapsedMilliseconds);
    Console.WriteLine("输出前十个数:" + string.Join(",", list.Take(10).ToList()));

    watch.Restart();
    ShellSort(list2);
    watch.Stop();

    Console.WriteLine("\n希尔排序耗费的时间：" + watch.ElapsedMilliseconds);
    Console.WriteLine("输出前十个数:" + string.Join(",", list2.Take(10).ToList()));

   }
  }

  ///<summary>
/// 希尔排序
///</summary>
///<param name="list"></param>
  static void ShellSort(List<int> list)
  {
   //取增量
   int step = list.Count / 2;

   while (step >= 1)
   {
    //无须序列
    for (int i = step; i < list.Count; i++)
    {
     var temp = list[i];

     int j;

     //有序序列
     for (j = i - step; j >= 0 && temp < list[j]; j = j - step)
     {
      list[j + step] = list[j];
     }
     list[j + step] = temp;
    }
    step = step / 2;
   }
  }

  ///<summary>
/// 插入排序
///</summary>
///<param name="list"></param>
  static void InsertSort(List<int> list)
  {
   //无须序列
   for (int i = 1; i < list.Count; i++)
   {
    var temp = list[i];

    int j;

    //有序序列
    for (j = i - 1; j >= 0 && temp < list[j]; j--)
    {
     list[j + 1] = list[j];
    }
    list[j + 1] = temp;
   }
  }
 }
}

截圖如下：

看的出來，希爾排序優化了不少，w級別的排序中，相差70幾倍哇。

歸併排序：

個人感覺，我們能容易看的懂的排序基本上都是O (n^2)，比較難看懂的基本上都是N(LogN)，所以歸併排序也是比較難理解的，尤其是在程式碼

寫上，本人就是搞了一下午才搞出來，嘻嘻。

首先看圖：

歸併排序中中兩件事情要做：

第一： “分”, 就是将数组尽可能的分，一直分到原子级别。

第二： “并”，将原子级别的数两两合并排序，最后产生结果。

代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace MergeSort
{
 class Program
 {
  static void Main(string[] args)
  {
   int[] array = { 3, 2, 1, 8, 9, 0 };

   MergeSort(array, new int[array.Length], 0, array.Length - 1);

   Console.WriteLine(string.Join(",", array));
  }

  ///<summary>
/// 数组的划分
///</summary>
///<param name="array">待排序数组</param>
///<param name="temparray">临时存放数组</param>
///<param name="left">序列段的开始位置，</param>
///<param name="right">序列段的结束位置</param>
  static void MergeSort(int[] array, int[] temparray, int left, int right)
  {
   if (left < right)
   {
    //取分割位置
    int middle = (left + right) / 2;

    //递归划分数组左序列
    MergeSort(array, temparray, left, middle);

    //递归划分数组右序列
    MergeSort(array, temparray, middle + 1, right);

    //数组合并操作
    Merge(array, temparray, left, middle + 1, right);
   }
  }

  ///<summary>
/// 数组的两两合并操作
///</summary>
///<param name="array">待排序数组</param>
///<param name="temparray">临时数组</param>
///<param name="left">第一个区间段开始位置</param>
///<param name="middle">第二个区间的开始位置</param>
///<param name="right">第二个区间段结束位置</param>
  static void Merge(int[] array, int[] temparray, int left, int middle, int right)
  {
   //左指针尾
   int leftEnd = middle - 1;

   //右指针头
   int rightStart = middle;

   //临时数组的下标
   int tempIndex = left;

   //数组合并后的length长度
   int tempLength = right - left + 1;

   //先循环两个区间段都没有结束的情况
   while ((left <= leftEnd) && (rightStart <= right))
   {
    //如果发现有序列大，则将此数放入临时数组
    if (array[left] < array[rightStart])
     temparray[tempIndex++] = array[left++];
    else
     temparray[tempIndex++] = array[rightStart++];
   }

   //判断左序列是否结束
   while (left <= leftEnd)
    temparray[tempIndex++] = array[left++];

   //判断右序列是否结束
   while (rightStart <= right)
    temparray[tempIndex++] = array[rightStart++];

   //交换数据
   for (int i = 0; i < tempLength; i++)
   {
    array[right] = temparray[right];
    right--;
   }
  }
 }
}

结果图：

ps:

插入排序的时间复杂度为：O(N^2)

希尔排序的时间复杂度为：平均为：O(N^3/2)

最坏：O(N^2)

归并排序时间复杂度为： O(NlogN)

空间复杂度为: O(N)

以上是C#經典排序演算法的圖文代碼詳解（下）的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！