选择类排序

第1关:编写函数在一个数组中选择最小值


任务描述

本关任务:编写函数在一个数组一定范围内选择最小值。

相关知识

为了完成本关任务,需要了解如何在数组一定范围内选择最小值。

编程要求

根据提示,在右侧编辑器 Begin-End 区间补充代码,完成三个函数的定义,具体要求如下:

  • 函数 input()实现一维数组的输入;
  • 函数 output()实现一维数组的输出;
  • 函数 int SelectMinKey(int *L,int i,int n),函数返回值为数组L在下标in范围内最小值的下标。

测试说明

平台会对你编写的代码进行测试, 输入格式: 第一行先给出非负整数N; 第二行给出N个整数;

输出格式: 第一行输出N个整数; 以后每行输出数组不同范围内最小值的下标。

测试输入: 10 66 37 66 7 34 52 23 85 7 10

预期输出: 66 37 66 7 34 52 23 85 7 10 0,9,3 1,9,3 2,9,3 3,9,3 4,9,8 5,9,8 6,9,8 7,9,8 8,9,8


开始你的任务吧,祝你成功!

#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
void input(int *&a,int & n);
void output(int *a,int n);
int SelectMinKey(int *L,int i,int n);
int main ()
{ 
    int i,n,m;
    int *a = NULL;    
    input (a,n);
    output(a,n);
    for(i=0;i<n-1;i++)
    {
        printf("%d,%d,%d\n",i,n-1,SelectMinKey(a,i,n) );
    }
    free(a);
    return 0;
}

/**********定义函数**********/ 
/********** Begin **********/ 
void input(int *&a,int & n)
{
	int i;
	scanf("%d",&n);
	a=(int *)malloc(n*sizeof(int));
	if(a==NULL)
	{
		printf("不能成功分配内存单元\n");
		exit(0);
	}
	for(i=0;i<n;i++)
	{
		scanf("%d",&a[i]);
	}
}

void output(int *a,int n)
{
	int i;
	for(i=0;i<n;i++)
	{
		printf("%d ",a[i]);
	}
	printf("\n");
}

int SelectMinKey(int *L,int i,int n)
{
	int min,j;
	min=i;
	for(j=i+1;j<n;j++)
	{
		if(L[min]>L[j])
		{
			min=j;
		}
	}
	return min;
}

/********** End **********/

第2关:简单选择排序


任务描述

本关要求通过定义函数void SelectSort(int *a,int n)来实现简单选择排序的功能。

相关知识

简单选择排序算法思想:在要排序的一组数中,选出最小的一个数与第一个位置的数交换;然后在剩下的数当中再找最小的与第二个位置的数交换,如此循环到倒数第二个数和最后一个数比较为止。

以长度为n=10的序列(46 74 53 14 26 38 86 65 27 34)的选择排序过程做示范: 第1趟:在10个数中选出最小值后,将最小值和第1个数组元素交换,则数组元素为(14 74 53 46 26 38 86 65 27 34); 第2趟:在剩下的9个数中选出最小值后,将最小值和第2个数组元素交换,则数组元素为(14 26 53 46 74 38 86 65 27 34); 第3趟:在剩下的8个数中选出最小值后,将最小值和第3个数组元素交换,则数组元素为(14 26 27 46 74 38 86 65 53 34); …… 第9趟:在剩下的2个数中选出最小值后,将最小值和第9个数组元素交换,则数组元素为(14 26 27 34 38 46 53 65 74 86)

共执行9趟操作,可将有n=10个元素的数组排成有序序列。

编程要求

平台会对你编写的代码进行测试,完成下列函数的定义,对数组中的元素实现简单选择排序,并输出每一次排序后的结果。具体请参见后续测试样例。

测试说明

平台会对你编写的代码进行测试:

测试输入: 10 88 84 23 85 32 34 80 52 91 77

预期输出: 23 84 88 85 32 34 80 52 91 77 23 32 88 85 84 34 80 52 91 77 23 32 34 85 84 88 80 52 91 77 23 32 34 52 84 88 80 85 91 77 23 32 34 52 77 88 80 85 91 84 23 32 34 52 77 80 88 85 91 84 23 32 34 52 77 80 84 85 91 88 23 32 34 52 77 80 84 85 91 88 23 32 34 52 77 80 84 85 88 91 23 32 34 52 77 80 84 85 88 91

提示: 如果有10个整数,要求输出每趟选择排序共9趟的结果。


开始你的任务吧,祝你成功!

#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
void input(int *&a,int & n);
void output(int *a,int n);
int SelectMinKey(int *L,int i,int n);
void SelectSort(int *L,int n);

int main ()
{ 
	int i,n,m;
	int *a = NULL;	
	input (a,n);
	SelectSort (a,n);	
	free(a);
	return 0;
}
/**********定义函数**********/ 
/********** Begin **********/ 
void input(int *&a,int & n)
{
	scanf("%d",&n);
	a=(int *)malloc(n*sizeof(int));
	if(a==NULL)
	{
		exit(0);
	}
	for(int i=0;i<n;i++)
	{
		scanf("%d",&a[i]);
	}
}
int SelectMinKey(int *L,int i,int n)
{
	int min,j;
	min=i;
	for(j=i+1;j<n;j++)
	{
		if(L[min]>L[j])
		{
			min=j;
		}
	}
	return min;
}

void SelectSort(int *L,int n)
{
	int t,j;
	for(int i=0;i<n-1;i++)
	{
		j=SelectMinKey(L,i,n);
		if(i!=j)
		{
			t=L[i];
			L[i]=L[j];
			L[j]=t;
		}
		for(int k=0;k<n;k++)
		{
			printf("%d ",L[k]);
		}
		printf("\n");
	}
}

/********** End **********/

第3关:堆排序


任务描述

本关任务:编写函数实现堆排序。

相关知识

堆定义

n个关键字序列Kl,K2,…,Kn称为堆(Heap),当且仅当该序列满足如下性质(简称为堆性质):

若将此序列所存储的数组R[0…n-1]看做是一棵完全二叉树的存储结构,则堆实质上是满足如下性质的完全二叉树:

树中任一非叶子结点的关键字均不大于(或不小于)其左右孩子(若存在)结点的关键字。

小顶堆:根结点(亦称为堆顶)的关键字是堆里所有结点关键字中最小者的堆称为小顶堆,又称最小堆。

大顶堆:根结点(亦称为堆顶)的关键字是堆里所有结点关键字中最大者,称为大顶堆,又称最大堆。

注意: 该数组从逻辑上讲就是一个堆结构,用简单的公式来描述一下堆的定义就是: 大顶堆:R[i] >= R[2i+1] && R[i] >= R[2i+2],其中i=0,1,2,…

堆的高度

堆可以被看成是一棵树,定义堆的高度为树根的高度。我们将看到,堆结构上的一些基本操作的运行时间至多是与树的高度成正比,为O(logn)。

堆排序

堆排序利用了大根堆(或小根堆)堆顶记录的关键字最大(或最小)这一特征,使得在当前无序区中选取最大(或最小)关键字的记录变得简单。

用大根堆排序的基本思想:

①先将初始无序数组R[0..n-1]建成一个大根堆。

②再将关键字最大的数组元素R[0](即堆顶)和无序区的最后一个数组元素R[n-1]交换,由此得到新的无序区R[0..n-2]和有序区R[n-1],且满足R[0..n-2]≤R[n-1]

③由于交换后新的根R[0]可能违反堆性质,故应将当前无序区R[0..n-2]调整为堆。然后再次将R[0..n-2]中关键字最大的记录R[0]和该区间的最后一个记录R[n-2]交换,由此得到新的无序区R[0..n-3]和有序区R[n-2..n-1],且仍满足关系R[0..n-3]≤R[n-2..n-1],同样要将R[0..n-3]调整为堆。 …… 直到无序区只有一个元素为止。

大根堆排序算法的基本操作:

①建堆:建堆是不断调整堆的过程,从n/2处开始调整,一直到第一个节点,此处n是堆中元素的个数。建堆的过程是线性的过程,从n/20处一直调用调整堆的算法,相当于o(h1)+o(h2)…+o(hn/2) 其中h表示节点的深度,n/2表示节点的个数,这是一个求和的过程,结果是线性的O(n)

 

 

 

 

 

 

 

 

②调整堆:调整堆在构建堆的过程中会用到,而且在堆排序过程中也会用到。利用的思想是比较节点i和它的孩子节点left(i),right(i),选出三者最大(或者最小)者,如果最大(小)值不是节点i而是它的一个孩子节点,那边交互节点i和该节点,然后再调用调整堆过程,这是一个递归的过程。调整堆的过程时间复杂度与堆的深度有关系,是logn的操作,因为是沿着深度方向进行调整的。

③堆排序:堆排序是利用上面的两个过程来进行的。首先是根据数组元素构建堆。然后将堆的根节点取出(一般是与最后一个节点进行交换),将前面第1个节点继续进行堆调整的过程,然后再将根节点取出,这样一直到所有节点都取出。堆排序过程的时间复杂度是O(nlogn)。因为建堆的时间复杂度是O(n)(调用一次);调整堆的时间复杂度是logn,调用了n-1次,所以堆排序的时间复杂度是O(nlogn)

注意 ①只需做n-1趟排序,选出较大的n-1个关键字即可以使得数组递增有序。 ②用小根堆排序与利用大根堆类似,只不过其排序结果是递减有序的。 ③堆排序和直接选择排序相反:在任何时刻堆排序中无序区总是在有序区之前,且有序区是在原向量的尾部由后往前逐步扩大至整个向量为止。

特点 堆排序是一树形选择排序。堆排序的特点是:在排序过程中,将R[0..n-1]看成是一棵完全二叉树的顺序存储结构,利用完全二叉树中双亲结点和孩子结点之间的内在关系(参见二叉树的顺序存储结构实训项目),在当前无序区中选择关键字最大(或最小)的记录。

编程要求

根据提示,在右侧编辑器补充代码,要求通过定义函数来实现堆排序的功能。

  • 函数void HeapAdjust(int* a,int s,int m);实现调整堆的操作
  • 函数void HeapSort(int *a,int n);实现堆排序的操作

测试说明

平台会对你编写的代码进行测试:

测试输入: 10 4 1 3 2 16 9 10 14 8 7

预期输出: 16 14 10 8 7 9 3 2 4 1 1 14 10 8 7 9 3 2 4 16 14 8 10 4 7 9 3 2 1 16 1 8 10 4 7 9 3 2 14 16 10 8 9 4 7 1 3 2 14 16 2 8 9 4 7 1 3 10 14 16 9 8 3 4 7 1 2 10 14 16 2 8 3 4 7 1 9 10 14 16 8 7 3 4 2 1 9 10 14 16 1 7 3 4 2 8 9 10 14 16 7 4 3 1 2 8 9 10 14 16 2 4 3 1 7 8 9 10 14 16 4 2 3 1 7 8 9 10 14 16 1 2 3 4 7 8 9 10 14 16 3 2 1 4 7 8 9 10 14 16 1 2 3 4 7 8 9 10 14 16 2 1 3 4 7 8 9 10 14 16 1 2 3 4 7 8 9 10 14 16 1 2 3 4 7 8 9 10 14 16

输出说明 第1行为根据初始序列建好的大顶堆,最大的元素为堆的根结点R[0]; 第2行输出将R[0]R[n-1]交换后的所有数组元素,新的无序区R[0..n-2]和有序区R[n-1],且满足R[0..n-2]≤R[n-1]; 第3行将当前无序区R[0..n-2]调整为堆后输出所有数组元素; 第4行输出将R[0]R[n-2]交换后的数组元素,且满足R[0..n-3]≤R[n-2]≤R[n-1]; …… 依次继续,直到所有数组元素有序。


开始你的任务吧,祝你成功!

#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
void input(int *&a,int & n);
void output(int *a,int n);
void HeapAdjust(int* a,int s,int m) ;
void HeapSort(int *a,int n); 

int main ()
{ 
	int i,n,m;
	int *a = NULL;	
	input (a,n);
	HeapSort (a,n) ;
	free(a);
	return 0;
}
/**********定义函数**********/ 
/********** Begin **********/ 
void input(int *&a,int & n)
{
	scanf("%d",&n);
	a=(int *)malloc((n+1)*sizeof(int));
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		scanf("%d",&a[i]);
	}
}
void HeapAdjust(int* a,int s,int m)
{
	int j;
	a[0]=a[s];
	for(j=2*s;j<=m;j*=2)
	{
		if(j<m&&a[j]<a[j+1])
			j++;
		if(a[0]>=a[j])
			break;
		a[s]=a[j];
		s=j;
	}
	a[s]=a[0];
}

void HeapSort(int *a,int n)
{
	int i,t;
	for(i=n/2;i>0;i--)
		HeapAdjust(a,i,n);
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		printf("%d ",a[i]);
	}
	printf("\n");
	for(i=n;i>1;i--)
	{
		a[0]=a[1];
		a[1]=a[i];
		a[i]=a[0];
		for(int i=1;i<=n;i++)
		{
			printf("%d ",a[i]);
		}
		printf("\n");
		HeapAdjust(a,1,i-1);
		for(int i=1;i<=n;i++)
		{
			printf("%d ",a[i]);
		}
		printf("\n");
	}
}


/********** End **********/

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