本期是C++基础语法分享的第十六节，今天给大家来梳理一下十大排序算法后五个！

归并排序

归并排序：把数据分为两段，从两段中逐个选最小的元素移入新数据段的末尾。可从上到下或从下到上进行。

/*****************
    迭代版
*****************/
//整數或浮點數皆可使用,若要使用物件(class)時必須設定"小於"(<)的運算子功能
template<typename T>
void merge_sort(T arr[], int len) {
	T* a = arr;
	T* b = new T[len];
	for (int seg = 1; seg < len; seg += seg) {
		for (int start = 0; start < len; start += seg + seg) {
			int low = start, mid = min(start + seg, len), high = min(start + seg + seg, len);
			int k = low;
			int start1 = low, end1 = mid;
			int start2 = mid, end2 = high;
			while (start1 < end1 && start2 < end2)
				b[k++] = a[start1] < a[start2] ? a[start1++] : a[start2++];
			while (start1 < end1)
				b[k++] = a[start1++];
			while (start2 < end2)
				b[k++] = a[start2++];
		}
		T* temp = a;
		a = b;
		b = temp;
	}
	if (a != arr) {
		for (int i = 0; i < len; i++)
			b[i] = a[i];
		b = a;
	}
	delete[] b;
}

/*****************
    递归版
*****************/
template<typename T>
void merge_sort_recursive(T arr[], T reg[], int start, int end) {
	if (start >= end)
		return;
	int len = end - start, mid = (len >> 1) + start;
	int start1 = start, end1 = mid;
	int start2 = mid + 1, end2 = end;
	merge_sort_recursive(arr, reg, start1, end1);
	merge_sort_recursive(arr, reg, start2, end2);
	int k = start;
	while (start1 <= end1 && start2 <= end2)
		reg[k++] = arr[start1] < arr[start2] ? arr[start1++] : arr[start2++];
	while (start1 <= end1)
		reg[k++] = arr[start1++];
	while (start2 <= end2)
		reg[k++] = arr[start2++];
	for (k = start; k <= end; k++)
		arr[k] = reg[k];
}
//整數或浮點數皆可使用,若要使用物件(class)時必須設定"小於"(<)的運算子功能
template<typename T> 
void merge_sort(T arr[], const int len) {
	T *reg = new T[len];
	merge_sort_recursive(arr, reg, 0, len - 1);
	delete[] reg;
}

希尔排序

希尔排序：每一轮按照事先决定的间隔进行插入排序，间隔会依次缩小，最后一次一定要是1。

template<typename T>
void shell_sort(T array[], int length) {
    int h = 1;
    while (h < length / 3) {
        h = 3 * h + 1;
    }
    while (h >= 1) {
        for (int i = h; i < length; i++) {
            for (int j = i; j >= h && array[j] < array[j - h]; j -= h) {
                std::swap(array[j], array[j - h]);
            }
        }
        h = h / 3;
    }
}

计数排序

计数排序：统计小于等于该元素值的元素的个数i，于是该元素就放在目标数组的索引i位（i≥0）。

计数排序基于一个假设，待排序数列的所有数均为整数，且出现在（0，k）的区间之内。

如果 k（待排数组的最大值） 过大则会引起较大的空间复杂度，一般是用来排序 0 到 100 之间的数字的最好的算法，但是它不适合按字母顺序排序人名。

计数排序不是比较排序，排序的速度快于任何比较排序算法。

时间复杂度为 O（n+k），空间复杂度为 O（n+k）

算法的步骤如下：

1. 找出待排序的数组中最大和最小的元素

2. 统计数组中每个值为 i 的元素出现的次数，存入数组 C 的第 i 项

3. 对所有的计数累加（从 C 中的第一个元素开始，每一项和前一项相加）

4. 反向填充目标数组：将每个元素 i 放在新数组的第 C[i] 项，每放一个元素就将 C[i] 减去 1

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

using namespace std;

// 计数排序
void CountSort(vector<int>& vecRaw, vector<int>& vecObj)
{
	// 确保待排序容器非空
	if (vecRaw.size() == 0)
		return;

	// 使用 vecRaw 的最大值 + 1 作为计数容器 countVec 的大小
	int vecCountLength = (*max_element(begin(vecRaw), end(vecRaw))) + 1;
	vector<int> vecCount(vecCountLength, 0);

	// 统计每个键值出现的次数
	for (int i = 0; i < vecRaw.size(); i++)
		vecCount[vecRaw[i]]++;
	
	// 后面的键值出现的位置为前面所有键值出现的次数之和
	for (int i = 1; i < vecCountLength; i++)
		vecCount[i] += vecCount[i - 1];

	// 将键值放到目标位置
	for (int i = vecRaw.size(); i > 0; i--)	// 此处逆序是为了保持相同键值的稳定性
		vecObj[--vecCount[vecRaw[i - 1]]] = vecRaw[i - 1];
}

int main()
{
	vector<int> vecRaw = { 0,5,7,9,6,3,4,5,2,8,6,9,2,1 };
	vector<int> vecObj(vecRaw.size(), 0);

	CountSort(vecRaw, vecObj);

	for (int i = 0; i < vecObj.size(); ++i)
		cout << vecObj[i] << "  ";
	cout << endl;

	return 0;
}

桶排序

桶排序：将值为i的元素放入i号桶，最后依次把桶里的元素倒出来。

桶排序序思路：

1. 设置一个定量的数组当作空桶子。

2. 寻访序列，并且把项目一个一个放到对应的桶子去。

3. 对每个不是空的桶子进行排序。

4. 从不是空的桶子里把项目再放回原来的序列中。

假设数据分布在[0，100)之间，每个桶内部用链表表示，在数据入桶的同时插入排序，然后把各个桶中的数据合并。

const int BUCKET_NUM = 10;

struct ListNode{
	explicit ListNode(int i=0):mData(i),mNext(NULL){}
	ListNode* mNext;
	int mData;
};

ListNode* insert(ListNode* head,int val){
	ListNode dummyNode;
	ListNode *newNode = new ListNode(val);
	ListNode *pre,*curr;
	dummyNode.mNext = head;
	pre = &dummyNode;
	curr = head;
	while(NULL!=curr && curr->mData<=val){
		pre = curr;
		curr = curr->mNext;
	}
	newNode->mNext = curr;
	pre->mNext = newNode;
	return dummyNode.mNext;
}


ListNode* Merge(ListNode *head1,ListNode *head2){
	ListNode dummyNode;
	ListNode *dummy = &dummyNode;
	while(NULL!=head1 && NULL!=head2){
		if(head1->mData <= head2->mData){
			dummy->mNext = head1;
			head1 = head1->mNext;
		}else{
			dummy->mNext = head2;
			head2 = head2->mNext;
		}
		dummy = dummy->mNext;
	}
	if(NULL!=head1) dummy->mNext = head1;
	if(NULL!=head2) dummy->mNext = head2;
	
	return dummyNode.mNext;
}

void BucketSort(int n,int arr[]){
	vector<ListNode*> buckets(BUCKET_NUM,(ListNode*)(0));
	for(int i=0;i<n;++i){
		int index = arr[i]/BUCKET_NUM;
		ListNode *head = buckets.at(index);
		buckets.at(index) = insert(head,arr[i]);
	}
	ListNode *head = buckets.at(0);
	for(int i=1;i<BUCKET_NUM;++i){
		head = Merge(head,buckets.at(i));
	}
	for(int i=0;i<n;++i){
		arr[i] = head->mData;
		head = head->mNext;
	}
}

基数排序

基数排序：一种多关键字的排序算法，可用桶排序实现。

int maxbit(int data[], int n) //辅助函数，求数据的最大位数
{
    int maxData = data[0];		///< 最大数
    /// 先求出最大数，再求其位数，这样有原先依次每个数判断其位数，稍微优化点。
    for (int i = 1; i < n; ++i)
    {
        if (maxData < data[i])
            maxData = data[i];
    }
    int d = 1;
    int p = 10;
    while (maxData >= p)
    {
        //p *= 10; // Maybe overflow
        maxData /= 10;
        ++d;
    }
    return d;
/*    int d = 1; //保存最大的位数
    int p = 10;
    for(int i = 0; i < n; ++i)
    {
        while(data[i] >= p)
        {
            p *= 10;
            ++d;
        }
    }
    return d;*/
}
void radixsort(int data[], int n) //基数排序
{
    int d = maxbit(data, n);
    int *tmp = new int[n];
    int *count = new int[10]; //计数器
    int i, j, k;
    int radix = 1;
    for(i = 1; i <= d; i++) //进行d次排序
    {
        for(j = 0; j < 10; j++)
            count[j] = 0; //每次分配前清空计数器
        for(j = 0; j < n; j++)
        {
            k = (data[j] / radix) % 10; //统计每个桶中的记录数
            count[k]++;
        }
        for(j = 1; j < 10; j++)
            count[j] = count[j - 1] + count[j]; //将tmp中的位置依次分配给每个桶
        for(j = n - 1; j >= 0; j--) //将所有桶中记录依次收集到tmp中
        {
            k = (data[j] / radix) % 10;
            tmp[count[k] - 1] = data[j];
            count[k]--;
        }
        for(j = 0; j < n; j++) //将临时数组的内容复制到data中
            data[j] = tmp[j];
        radix = radix * 10;
    }
    delete []tmp;
    delete []count;
}

今天的分享就到这里了，大家要好好学C++哟~

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