C#七大經典排序算法系列（上）

2020-01-24 00:41:44

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供稿：網友

今天是開篇，得要吹一下算法，算法就好比程序開發中的利劍，所到之處，刀起頭落。

針對現實中的排序問題，算法有七把利劍可以助你馬道成功。

首先排序分為四種：

交換排序：包括冒泡排序，快速排序。

選擇排序：包括直接選擇排序，堆排序。

插入排序：包括直接插入排序，希爾排序。

合并排序：合并排序。

那么今天我們講的就是交換排序，我們都知道，C#類庫提供的排序是快排，為了讓今天玩的有意思點，

我們設計算法來跟類庫提供的快排較量較量。爭取KO對手。

冒泡排序：

首先我們自己來設計一下“冒泡排序”，這種排序很現實的例子就是：

我抓一把沙仍進水里，那么沙子會立馬沉入水底，沙子上的灰塵會因為慣性暫時沉入水底，但是又會立馬像氣泡一樣浮出水面，最后也就真相大白咯。

關于冒泡的思想，我不會說那么官方的理論，也不會貼那些文字上來，我的思想就是看圖說話。

那么我們就上圖.

要達到冒泡的效果，我們就要把一組數字豎起來看，大家想想，如何冒泡？如何來體會重的沉底，輕的上?。?/p>

第一步: 我們拿40跟20比，發現40是老大，不用交換。

第二步: 然后向前推一步，就是拿20跟30比，發現30是老大，就要交換了。

第三步：拿交換后的20跟10比，發現自己是老大，不用交換。

第四步：拿10跟50交換，發現50是老大，進行交換。

最后，我們經過一次遍歷，把數組中最小的數字送上去了，看看，我們向目標又邁進了一步。

現在大家思想都知道了，下面我們就強烈要求跟快排較量一下，不是你死就是我活。

using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;using System.Diagnostics;using System.Threading;namespace BubbleSort{  public class Program  {    static void Main(string[] args)    {      //五次比較      for (int i = 1; i <= 5; i++)      {        List<int> list = new List<int>();        //插入2k個隨機數到數組中        for (int j = 0; j < 2000; j++)        {          Thread.Sleep(1);          list.Add(new Random((int)DateTime.Now.Ticks).Next(0, 100000));        }        Console.WriteLine("/n第" + i + "次比較：");        Stopwatch watch = new Stopwatch();        watch.Start();        var result = list.OrderBy(single => single).ToList();        watch.Stop();        Console.WriteLine("/n快速排序耗費時間：" + watch.ElapsedMilliseconds);        Console.WriteLine("輸出前是十個數:" + string.Join(",", result.Take(10).ToList()));        watch.Start();        result = BubbleSort(list);        watch.Stop();        Console.WriteLine("/n冒泡排序耗費時間：" + watch.ElapsedMilliseconds);        Console.WriteLine("輸出前是十個數:" + string.Join(",", result.Take(10).ToList()));      }    }    //冒泡排序算法    static List<int> BubbleSort(List<int> list)    {      int temp;      //第一層循環： 表明要比較的次數，比如list.count個數，肯定要比較count-1次      for (int i = 0; i < list.Count - 1; i++)      {        //list.count-1：取數據最后一個數下標，//j>i: 從后往前的的下標一定大于從前往后的下標，否則就超越了。        for (int j = list.Count - 1; j > i; j--)        {          //如果前面一個數大于后面一個數則交換          if (list[j - 1] > list[j])          {            temp = list[j - 1];            list[j - 1] = list[j];            list[j] = temp;          }        }      }      return list;    }  }}

嗚嗚，看著這兩種排序體檢報告，心都涼了，冒泡被快排KO了，真慘，難怪人家說冒泡效率低，原來真低。

快速排序：

既然能把冒泡KO掉，馬上就激起我們的興趣，tnd快排咋這么快，一定要好好研究一下。

首先上圖：

從圖中我們可以看到：

left指針，right指針，base參照數。

其實思想是蠻簡單的，就是通過第一遍的遍歷（讓left和right指針重合）來找到數組的切割點。

第一步：首先我們從數組的left位置取出該數（20）作為基準（base）參照物。

第二步：從數組的right位置向前找，一直找到比（base）小的數，

如果找到，將此數賦給left位置（也就是將10賦給20），

此時數組為：10，40，50，10，60，

left和right指針分別為前后的10。

第三步：從數組的left位置向后找，一直找到比（base）大的數，

如果找到，將此數賦給right的位置（也就是40賦給10），

此時數組為：10，40，50，40，60，

left和right指針分別為前后的40。

第四步：重復“第二,第三“步驟，直到left和right指針重合，

最后將（base）插入到40的位置，

此時數組值為： 10，20，50，40，60，至此完成一次排序。

第五步：此時20已經潛入到數組的內部，20的左側一組數都比20小，20的右側作為一組數都比20大，

以20為切入點對左右兩邊數按照"第一，第二，第三，第四"步驟進行，最終快排大功告成。

同樣，我們把自己設計的快排跟類庫提供的快拍比較一下。

using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;using System.Threading;using System.Diagnostics;namespace QuickSort{  public class Program  {    static void Main(string[] args)    {      //5次比較      for (int i = 1; i <= 5; i++)      {        List<int> list = new List<int>();        //插入200個隨機數到數組中        for (int j = 0; j < 200; j++)        {          Thread.Sleep(1);          list.Add(new Random((int)DateTime.Now.Ticks).Next(0, 10000));        }        Console.WriteLine("/n第" + i + "次比較：");        Stopwatch watch = new Stopwatch();        watch.Start();        var result = list.OrderBy(single => single).ToList();        watch.Stop();        Console.WriteLine("/n系統定義的快速排序耗費時間：" + watch.ElapsedMilliseconds);        Console.WriteLine("輸出前是十個數:" + string.Join(",", result.Take(10).ToList()));        watch.Start();        new QuickSortClass().QuickSort(list, 0, list.Count - 1);        watch.Stop();        Console.WriteLine("/n俺自己寫的快速排序耗費時間：" + watch.ElapsedMilliseconds);        Console.WriteLine("輸出前是十個數:" + string.Join(",", list.Take(10).ToList()));      }    }  }  public class QuickSortClass  {    ///<summary>/// 分割函數///</summary>///<param name="list">待排序的數組</param>///<param name="left">數組的左下標</param>///<param name="right"></param>///<returns></returns>    public int Division(List<int> list, int left, int right)    {      //首先挑選一個基準元素      int baseNum = list[left];      while (left < right)      {        //從數組的右端開始向前找，一直找到比base小的數字為止(包括base同等數)        while (left < right && list[right] >= baseNum)          right = right - 1;        //最終找到了比baseNum小的元素，要做的事情就是此元素放到base的位置        list[left] = list[right];        //從數組的左端開始向后找，一直找到比base大的數字為止（包括base同等數）        while (left < right && list[left] <= baseNum)          left = left + 1;        //最終找到了比baseNum大的元素，要做的事情就是將此元素放到最后的位置        list[right] = list[left];      }      //最后就是把baseNum放到該left的位置      list[left] = baseNum;      //最終，我們發現left位置的左側數值部分比left小，left位置右側數值比left大//至此，我們完成了第一篇排序      return left;    }    public void QuickSort(List<int> list, int left, int right)    {      //左下標一定小于右下標，否則就超越了      if (left < right)      {        //對數組進行分割，取出下次分割的基準標號        int i = Division(list, left, right);        //對“基準標號“左側的一組數值進行遞歸的切割，以至于將這些數值完整的排序        QuickSort(list, left, i - 1);        //對“基準標號“右側的一組數值進行遞歸的切割，以至于將這些數值完整的排序        QuickSort(list, i + 1, right);      }    }  }}