C言語ソートアルゴリズム学習

並べ替えアルゴリズムはコンピューターサイエンスの古典的な問題であり、面接やコースの課題でよく使用されます。いくつかの一般的な並べ替えアルゴリズムとその実践例を以下に紹介します。

バブルソート

バブルソートは基本的なソートアルゴリズムであり、その原理は、配列の最初の要素から開始し、隣接する 2 つの要素を順番に比較し、前の要素が後の要素より大きい場合はそれらの位置を交換することです。このようにして、最大の要素が配列の最後の位置に交換され、配列全体がソートされるまで最初の要素からプロセスが繰り返されます。

以下は、バブルソートの C 言語コード実装です。

void bubbleSort(int arr[], int n) {
    int i, j;
    for (i = 0; i < n-1; i++) {
        for (j = 0; j < n-i-1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j+1]) {
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j+1];
                arr[j+1] = temp;
            }
        }
    }
}

選択範囲の並べ替え

選択ソートも基本的なソートアルゴリズムであり、その原理は配列から最小の要素を見つけて、それを配列の最初の要素と交換することです。次に、残りの要素の中から最小の要素を見つけて、それを配列の 2 番目の要素と交換します。配列全体がソートされるまで続きます。

以下は、選択ソートの C 言語コード実装です。

void selectionSort(int arr[], int n) {
    int i, j, min_idx;
    for (i = 0; i < n-1; i++) {
        min_idx = i;
        for (j = i+1; j < n; j++) {
            if (arr[j] < arr[min_idx]) {
                min_idx = j;
            }
        }
        int temp = arr[i];
        arr[i] = arr[min_idx];
        arr[min_idx] = temp;
    }
}

挿入ソート

挿入ソートの原理は、配列をソート済み部分と未ソート部分に分割し、配列全体がソートされるまで未ソートの要素を 1 つずつソート済み部分に挿入することです。

以下は、挿入ソートの C 言語コード実装です。

void insertionSort(int arr[], int n) {
    int i, j, key;
    for (i = 1; i < n; i++) {
        key = arr[i];
        j = i - 1;
        while (j >= 0 && arr[j] > key) {
            arr[j+1] = arr[j];
            j = j - 1;
        }
        arr[j+1] = key;
    }
}

クイックソート（クイックソート）

クイックソートは効率的な並べ替えアルゴリズムです。その原理は、参照要素を選択し、配列内の参照要素より小さい要素を参照要素の左側に配置し、参照要素より大きい要素を参照要素の左側に配置することです。参照要素の右側。次に、配列全体がソートされるまで、左側と右側の部分でクイックソートを再帰的に実行します。

以下は、クイックソートの C 言語コード実装です。

void quickSort(int arr[], int low, int high) {
    if (low < high) {
        int pi = partition(arr, low, high);
        quickSort(arr, low, pi-1);
        quickSort(arr, pi+1, high);
    }
}

int partition(int arr[], int low, int high) {
    int pivot = arr[high];
    int i = low - 1;
    for (int j = low; j < high; j++) {
        if (arr[j] < pivot) {
            i++;
            int temp = arr[i];
            arr[i] = arr[j];
            arr[j] = temp;
        }
    }
    int temp = arr[i+1];
    arr[i+1] = arr[high];
    arr[high] = temp;
    return i+1;
}

シェルソート（シェルソート）

ヒルソートは効率的なソートアルゴリズムであり、挿入ソートの改良版です。その原理は、配列内の要素を一定の間隔で1つのグループに分け、グループごとに挿入ソートを実行し、徐々に間隔を狭め、間隔が1になるまで上記の処理を繰り返す、つまり挿入ソートです。Hillsort の時間計算量は、間隔シーケンスの選択に応じて、 O(n ^{2) または O(n 3/2) です。}

以下は、ヒルソートの C 言語コード実装です。

void shellSort(int arr[], int n) {
    int i, j, gap;
    for (gap = n/2; gap > 0; gap /= 2) {
        for (i = gap; i < n; i++) {
            int temp = arr[i];
            for (j = i; j >= gap && arr[j-gap] > temp; j -= gap) {
                arr[j] = arr[j-gap];
            }
            arr[j] = temp;
        }
    }
}

マージソート

マージソートは効率的なソートアルゴリズムであり、その原理は、配列を再帰的に 2 つのサブ配列に分割し、次に 2 つのサブ配列を別々にソートし、最後に順序付けられた配列にマージすることです。マージソートの時間計算量は O(nlogn) です。

以下は、マージソートの C 言語コード実装です。

void mergeSort(int arr[], int l, int r) {
    if (l < r) {
        int m = l + (r-l)/2;
        mergeSort(arr, l, m);
        mergeSort(arr, m+1, r);
        merge(arr, l, m, r);
    }
}

void merge(int arr[], int l, int m, int r) {
    int i, j, k;
    int n1 = m - l + 1;
    int n2 = r - m;
    int L[n1], R[n2];
    for (i = 0; i < n1; i++) {
        L[i] = arr[l+i];
    }
    for (j = 0; j < n2; j++) {
        R[j] = arr[m+1+j];
    }
    i = 0;
    j = 0;
    k = l;
    while (i < n1 && j < n2) {
        if (L[i] <= R[j]) {
            arr[k] = L[i];
            i++;
        } else {
            arr[k] = R[j];
            j++;
        }
        k++;
    }
    while (i < n1) {
        arr[k] = L[i];
        i++;
        k++;
    }
    while (j < n2) {
        arr[k] = R[j];
        j++;
        k++;
    }
}