一般的なソートアルゴリズムの実装とパフォーマンスの比較


今回はアルゴリズムの授業の実験で、私はここですべてのアルゴリズムを実現して、その中でバケツのソートアルゴリズムに対してまだ大きい改善の空間があって、チェーンテーブルの構造を変えるのはずっと速いです.
1.連結アルゴリズム:2つ以上の秩序テーブルを新しい秩序テーブルに結合し、順序テーブルにn個の要素が含まれていると仮定すると、n個の秩序サブテーブルと見なすことができ、各サブテーブルの長さは1であり、その後、2つを集計し、n/2個の長さが2または1の秩序テーブルを得る.長さnの秩序テーブルにマージされるまで、2つの集計を繰り返します.
連結アルゴリズムは分治法の応用であり、その操作は以下のように表すことができる.
分解:n個の要素をn/2個の要素を含むサブシーケンスに分割します.
解決:2つのサブシーケンスを集計ソートで再帰ソートします.
≪マージ|Merge|emdw≫:2つのソートされたサブシーケンスをマージすると、ソート結果が得られます.
性能分析:平均時間複雑度は、空間複雑度はO(n)
連結アルゴリズムの実装:
void mergeSort(int*arr,int first,int last,int*temp)/集計アルゴリズム
{
    if(first    {
        int mid=(first+last)/2;
        mergeSort(arr,first,mid,temp);
        mergeSort(arr,mid+1,last,temp);
        merge(arr,first,mid,last,temp);
    }
}
void merge(int *arr,int first,int mid,int last,int *temp)
{
    int i,j,k;
    for( k=first;k<=last;k++)
        temp[k]=arr[k];
for(i=first,j=mid+1,k=i;i<=mid&&j<=last;k+)/残りの部分をarrに受け取る
    {
        if(temp[i]            arr[k]=temp[i++];
        else
            arr[k]=temp[j++];
    }  
    while(i<=mid)
        arr[k++]=temp[i++];
    while(j<=last)
        arr[k++]=temp[j++];
}
2.挿入アルゴリズム:ソートされるレコードを1つ話すたびに、前にスケジュールされたサブシーケンスの適切な位置にキーワードサイズで挿入し、記録が挿入位置を完了するまで挿入します.
性能分析:平均時間複雑度は、空間複雑度はO(1)
挿入アルゴリズムの実装:
void insertSort(int*arr,int length)/挿入ソート
{
    for(int j=1;j!=length;j++)
    {
        int key = arr[j];
        int i=j-1;
        while((i>=0)&&arr[i]>key)
        {
            arr[i+1]=arr[i];
            i=i-1;
        }
        arr[i+1]=key;
    }
}
3.ヒルソート:ヒルソートは縮小増分ソートとも呼ばれ、まずソート対象シーケンスをいくつかのサブシーケンス(同じステップ長を持つ)に分割し、それぞれ挿入ソートを行い、ステップ長が1になるまで縮小ソートを行い、全体を挿入ソートします.
性能分析:平均時間複雑度は、空間複雑度は
ヒルソートの実装:
//ヒルソートアルゴリズムの実現
void shellSort(int *arr,int length)
{
int d = length/2;//ヒルソートの増分設定
int i ;
int j;
int temp;
while(d>=1)
{
for(i=d;i{
temp=arr[i];
j=i-d;
while(j>=0 && arr[j]>temp)
{
arr[j+d]=arr[j];
j=j-d;
}
arr[j+d] = temp;
}
d= d/2;//増分縮小
}
}
4.クイックソート:1つのシーケンスの中点を絶えず探して、それから中点の左右のシーケンスを再帰的にソートして、すべてのシーケンスのソートが完成するまで、分治の思想を使いました.
性能分析:平均時間複雑度は、空間複雑度は
クイックソートの実装:
void quickSort(int*arr,int p,int r)//クイックソート
{
if (p{
int q=partition(arr,p,r);
quickSort(arr,p,q-1);
quickSort(arr,q+1,r);
}
}
int partition(int *arr,int p,int r)
{
int x = arr[r];
int temp;
int i = p-1;
for(int j=p;j!=r;j++)
{
if (arr[j]{
i=i+1;
temp=arr[i];
arr[i]=arr[j];
arr[j]=temp;
}
}
temp=arr[r];
arr[r]=arr[i+1];
arr[i+1]=temp;
return i+1;
}
5.泡立ちソート:シーケンスを無秩序と秩序に分割し、大きな要素を無秩序の末尾に交換することによってソートを完了します.
性能分析:平均時間複雑度は、空間複雑度は
バブルソートの実装:
void bullSort(int*arr,int length)/泡立ちソート
{
int i,j;
int tmp;
for(i=0;i{
for(j=0;j{
if(arr[j]>arr[j+1])
{
tmp=arr[j];
arr[j]=arr[j+1];
arr[j+1]=tmp;
}
}
}
}
6.バケツソート:長さNの並べ替え対象キーワードシーケンスK[1....n]のセットがあると仮定する.まずこのシーケンスをM個のサブ区間(バケツ)に分割する.次に、あるマッピング関数に基づいて、並べ替えられるシーケンスのキーワードkをi番目のバケツ(すなわちバケツ配列Bの下付きi)にマッピングすると、そのキーワードkはB[i]の要素(バケツB[i]ごとにN/Mのサイズのシーケンスのセット)として機能する.次に、各バケツB[i]のすべての要素を比較してソートする(ここでは挿入ソートを用いる).そして出力B[0]…を順に列挙する.B[M]のすべての内容は秩序あるシーケンスである.
次の2つの点を行う必要があります.
(1)マッピング関数f(k)は、N個のデータを平均的にM個のバケツに割り当てることができ、これにより、バケツ当たり[N/M]個のデータ量が得られる.
(2)バケツの数をできるだけ増やす.極限の場合、バケツごとに1つのデータしか得られないため、バケツ内のデータの「比較」ソート操作を完全に回避できます.
今回の実験では,各バケツの大きさを50とし,10000個のバケツを設計し,数回の実験を経て,各バケツのデータは50個を超えないようにした.
性能分析:合理的なバケツを設計する時、平均時間の複雑度は、空間の複雑度は
バケツソートの実装:
void bucketSort(int *arr,int length)
{
    int **temp=new int *[10000*sizeof(int *)];
    int count[10000]={0};
    int i,j,flag,k=0;
    for(i=0;i<10000;i++)
    {
        temp[i]=new int[50*sizeof(int)];
    }
    for(i=0;i<10000;i++)
        for(j=0;j<50;j++)
                temp[i][j]=0;
    for(i=0;i    {
        flag=arr[i]/10;
        temp[flag][count[flag]]=arr[i];
        count[flag]++;
    }
    for(i=0;i<10000;i++)
    {
        for(j=1;j        {
            int key =temp[i][j];
            int t = j-1;
            while((t>=0)&&temp[i][t]>key)
            {
                temp[i][t+1]=temp[i][t];
                t=t-1;
            }
            temp[i][t+1]=key;
        }
    }  
    for(i=0;i<10000;i++)
        for(j=0;j        {
            arr[k]=temp[i][j];
            k++;
        }
}
ここで最後の合成版コードを貼ります
#include<iostream>
#include<math.h>
#include<iomanip>
#include<time.h>
#include<stdlib.h>
using namespace std;

void initialArr(int *arr,int length);
void disPlay(int *arr,int length);
void copyArr(int *arr,int *temp,int length);             //                 ,          

void mergeSort(int *arr,int first,int last,int *temp);         //    
void merge(int *arr,int first,int mid,int last,int *temp);

void insertSort(int *arr,int length);            //    

void bullSort(int *arr,int length);       //    

void shellSort(int *arr,int length);      //    

void quickSort(int *arr,int p,int r);    //    
int partition(int *arr,int p,int r);

void bucketSort(int *arr,int length);     //    

int main()
{
	clock_t start,finish;
	double ptime;
    int arr[10];
    initialArr(arr,10);
    cout<<" N=10 ,    :"<<endl;
    disPlay(arr,10);
	
    cout<<"        ,   :"<<endl;
	int temp[10];
    mergeSort(arr,0,9,temp);
    disPlay(arr,10);
	
    cout<<"        ,   :"<<endl;
	insertSort(arr,10);
	disPlay(arr,10);

    cout<<"        ,   :"<<endl;
	shellSort(arr,10);
	disPlay(arr,10);

    cout<<"        ,   :"<<endl;
	quickSort(arr,0,9);
	disPlay(arr,10);

    cout<<"        ,   :"<<endl;
	bullSort(arr,10);
	disPlay(arr,10);

    cout<<"        ,   :"<<endl;
	bucketSort(arr,10);
    disPlay(arr,10);

	system("pause");

// N=1000           	
	int *arr1000=new int[1000];
	int *demo1000=new int[1000];
	initialArr(arr1000,1000);
	cout<<" N=1000 ,              :"<<endl;            
	
//      
	copyArr(arr1000,demo1000,1000);
	int temp1000[1000];
	start=clock();
    mergeSort(demo1000,0,999,temp1000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
	cout<<"      ,     :"<<ptime<<" "<<endl;


//        
	copyArr(arr1000,demo1000,1000);
	start=clock();
    insertSort(demo1000,1000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
	cout<<"      ,     :"<<ptime<<" "<<endl;

	
//        
	copyArr(arr1000,demo1000,1000);
	start=clock();
    shellSort(demo1000,1000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
	cout<<"      ,     :"<<ptime<<" "<<endl;


//        
	copyArr(arr1000,demo1000,1000);	
	start=clock();
    quickSort(demo1000,0,999);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
	cout<<"      ,     :"<<ptime<<" "<<endl;


//        
	copyArr(arr1000,demo1000,1000);
	start=clock();
    bullSort(demo1000,1000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
	cout<<"      ,     :"<<ptime<<" "<<endl;


//       
	copyArr(arr1000,demo1000,1000);
	start=clock();
    bucketSort(demo1000,1000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
	cout<<"     ,     :"<<ptime<<" "<<endl;

//	delete []arr1000;
//	arr1000=NULL;
//	delete []demo1000;
//	demo1000=NULL;
	system("pause");

	
// N=10000           	
	int *arr10000=new int[10000];
	int *demo10000=new int[10000];
	initialArr(arr10000,10000);
	cout<<" N=10000 ,              :"<<endl;            
	
//      
	copyArr(arr10000,demo10000,10000);
	int temp10000[10000];
	start=clock();
    mergeSort(demo1000,0,9999,temp10000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
	cout<<"      ,     :"<<ptime<<" "<<endl;

	
//        
	copyArr(arr10000,demo10000,10000);	
	start=clock();
    insertSort(demo10000,10000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
	cout<<"      ,     :"<<ptime<<" "<<endl;
	
		
//        
	copyArr(arr10000,demo10000,10000);	
	start=clock();
    shellSort(demo10000,10000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
	cout<<"      ,     :"<<ptime<<" "<<endl;
	
	
//        
	copyArr(arr10000,demo10000,10000);	
	start=clock();
    quickSort(demo10000,0,9999);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
	cout<<"      ,     :"<<ptime<<" "<<endl;

	
//        
	copyArr(arr10000,demo10000,10000);	
	start=clock();
    bullSort(demo10000,10000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
	cout<<"      ,     :"<<ptime<<" "<<endl;

	
//       
	copyArr(arr10000,demo10000,10000);	
	start=clock();
    bucketSort(demo10000,10000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
	cout<<"     ,     :"<<ptime<<" "<<endl;

//	delete []arr10000;
//	arr10000=NULL;
//	delete []demo10000;
//	demo10000=NULL;
	
	system("pause");


// N=100000           	
	int *arr100000=new int[100000];
	int *demo100000=new int[100000];
	initialArr(arr100000,100000);
	cout<<" N=100000 ,              :"<<endl;            
	
//      
	copyArr(arr100000,demo100000,100000);
	int temp100000[100000];
	start=clock();
    mergeSort(demo10000,0,99999,temp100000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
	cout<<"      ,     :"<<ptime<<" "<<endl;

	
//        
	copyArr(arr100000,demo100000,100000);
	start=clock();
    insertSort(demo100000,100000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
	cout<<"      ,     :"<<ptime<<" "<<endl;
		
	
//        
	copyArr(arr100000,demo100000,10000);	
	start=clock();
    shellSort(demo100000,100000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
	cout<<"      ,     :"<<ptime<<" "<<endl;
	
	
//        
	copyArr(arr100000,demo100000,100000);	
	start=clock();
    quickSort(demo100000,0,99999);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
	cout<<"      ,     :"<<ptime<<" "<<endl;

	
//        
	copyArr(arr100000,demo100000,100000);
	start=clock();
    bullSort(demo100000,100000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
	cout<<"      ,     :"<<ptime<<" "<<endl;

	
//       
	copyArr(arr100000,demo100000,100000);
	start=clock();
    bucketSort(demo100000,100000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
	cout<<"     ,     :"<<ptime<<" "<<endl;

//	delete []arr100000;
//	arr100000=NULL;
//	delete []demo100000;
//	demo100000=NULL;
	system("pause");


// N=100000        5      	
	int *arr1=new int[100000];
	int *arr2=new int[100000];
	int *arr3=new int[100000];
	int *arr4=new int[100000];
	int *arr5=new int[100000];

	int *temp1=new int[100000];
	int *temp2=new int[100000];
	int *temp3=new int[100000];
	int *temp4=new int[100000];
	int *temp5=new int[100000];

	initialArr(arr1,100000);
	initialArr(arr2,100000);
	initialArr(arr3,100000);
	initialArr(arr4,100000);
	initialArr(arr5,100000);


	cout<<" N=100000 , N=100000        5          :"<<endl;            
	
	//      
	copyArr(arr1,temp1,100000);
	copyArr(arr2,temp2,100000);
	copyArr(arr3,temp3,100000);
	copyArr(arr4,temp4,100000);
	copyArr(arr5,temp5,100000);
	//int temp100000[100000];
	start=clock();
    mergeSort(temp1,0,99999,temp100000);
	mergeSort(temp2,0,99999,temp100000);
	mergeSort(temp3,0,99999,temp100000);
	mergeSort(temp4,0,99999,temp100000);
	mergeSort(temp5,0,99999,temp100000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC/5;
	cout<<"        5 ,       :"<<ptime<<" "<<endl;
	
	
	//        
	copyArr(arr1,temp1,100000);
	copyArr(arr2,temp2,100000);
	copyArr(arr3,temp3,100000);
	copyArr(arr4,temp4,100000);
	copyArr(arr5,temp5,100000);
	start=clock();
    insertSort(temp1,100000);
	insertSort(temp2,100000);
	insertSort(temp3,100000);
	insertSort(temp4,100000);
	insertSort(temp5,100000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC/5;
	cout<<"        5 ,       :"<<ptime<<" "<<endl;
	
	
	//        
	copyArr(arr1,temp1,100000);
	copyArr(arr2,temp2,100000);
	copyArr(arr3,temp3,100000);
	copyArr(arr4,temp4,100000);
	copyArr(arr5,temp5,100000);	
	start=clock();
    shellSort(temp1,100000);
	shellSort(temp2,100000);
	shellSort(temp3,100000);
	shellSort(temp4,100000);
	shellSort(temp5,100000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC/5;
	cout<<"        5 ,       :"<<ptime<<" "<<endl;
	
	
	//        
	copyArr(arr1,temp1,100000);
	copyArr(arr2,temp2,100000);
	copyArr(arr3,temp3,100000);
	copyArr(arr4,temp4,100000);
	copyArr(arr5,temp5,100000);		
	start=clock();
    quickSort(temp1,0,99999);
	quickSort(temp2,0,99999);
	quickSort(temp3,0,99999);
	quickSort(temp4,0,99999);
	quickSort(temp5,0,99999);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC/5;
	cout<<"        5 ,       :"<<ptime<<" "<<endl;
	
	
	//        
	copyArr(arr1,temp1,100000);
	copyArr(arr2,temp2,100000);
	copyArr(arr3,temp3,100000);
	copyArr(arr4,temp4,100000);
	copyArr(arr5,temp5,100000);	
	start=clock();
    bullSort(temp1,100000);
	bullSort(temp2,100000);
	bullSort(temp3,100000);
	bullSort(temp4,100000);
	bullSort(temp5,100000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC/5;
	cout<<"        5 ,       :"<<ptime<<" "<<endl;
	
	
	//       
	copyArr(arr1,temp1,100000);
	copyArr(arr2,temp2,100000);
	copyArr(arr3,temp3,100000);
	copyArr(arr4,temp4,100000);
	copyArr(arr5,temp5,100000);	
	start=clock();
    bucketSort(temp1,100000);
	bucketSort(temp2,100000);
	bucketSort(temp3,100000);
	bucketSort(temp4,100000);
	bucketSort(temp5,100000);
	finish=clock();
	ptime=(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC/5;
	cout<<"       5 ,       :"<<ptime<<" "<<endl;




    return 0;
}


void initialArr(int *arr,int length)
{
    srand((unsigned)time(NULL));
    for(int i=0;i<length;i++)
        arr[i]=1+100000.0*(rand()/(RAND_MAX+1.0));
}

void disPlay(int *arr,int length)
{
    for(int i=0;i<length;i++)    
    {   
        cout<<setw(10)<<arr[i];
        if((i+1)%10==0||i==length-1)
            cout<<endl;
    }   
}

void copyArr(int *arr,int *temp,int length)            //                 ,          
{
	for (int i=0;i!=length;i++)
	{
		temp[i]=arr[i];
	}
}

void mergeSort(int *arr,int first,int last,int *temp)     //    
{
    if(first<last)
    {
        int mid=(first+last)/2;
        mergeSort(arr,first,mid,temp);
        mergeSort(arr,mid+1,last,temp);
        merge(arr,first,mid,last,temp);
    }
}
void merge(int *arr,int first,int mid,int last,int *temp)
{
    int i,j,k;
    for( k=first;k<=last;k++)
        temp[k]=arr[k];
    for(i=first,j=mid+1,k=i;i<=mid&&j<=last;k++)     //        arr
    {
        if(temp[i]<temp[j])
            arr[k]=temp[i++];
        else
            arr[k]=temp[j++];
    }  
    while(i<=mid)
        arr[k++]=temp[i++];
    while(j<=last)
        arr[k++]=temp[j++];
}


void insertSort(int *arr,int length)            //    
{
    for(int j=1;j!=length;j++)
    {
        int key = arr[j];
        int i=j-1;
        while((i>=0)&&arr[i]>key)
        {
            arr[i+1]=arr[i];
            i=i-1;
        }
        arr[i+1]=key;
    }
}


void bullSort(int *arr,int length)     //     
{
	int i,j;
	int tmp;
	for(i=0;i<length;i++)
	{
	
		for(j=0;j<length-i-1;j++)
		{	
			if(arr[j]>arr[j+1])
			{
				tmp=arr[j];
				arr[j]=arr[j+1];
				arr[j+1]=tmp;	
			}
		}
	}
}


void quickSort(int *arr,int p,int r)   //    
{
	if (p<r)
	{
		int q=partition(arr,p,r);
		quickSort(arr,p,q-1);
		quickSort(arr,q+1,r);
	}
}

int partition(int *arr,int p,int r)
{
	int x = arr[r];
	int temp;
	int i = p-1;
	for(int j=p;j!=r;j++)
	{
		if (arr[j]<x)
		{
			i=i+1;
			temp=arr[i];
			arr[i]=arr[j];
			arr[j]=temp;
		}
	}
	temp=arr[r];
	arr[r]=arr[i+1];
	arr[i+1]=temp;
	return i+1;
}


//         
void shellSort(int *arr,int length)
{	
	int d = length/2;   //         	
	int i ;	
	int j;	
	int temp;	
	while(d>=1)		
	{		
		for(i=d;i<length;i++)			
		{			
			temp=arr[i];
			j=i-d;			
			while(j>=0 && arr[j]>temp)			
			{			
				arr[j+d]=arr[j];
				j=j-d;			
			}			
			arr[j+d] = temp;			
		}				
		d= d/2;    //    		
	}	
}



void bucketSort(int *arr,int length)
{
    int **temp=new int *[10000*sizeof(int *)];
    int count[10000]={0};
    int i,j,flag,k=0;
    for(i=0;i<10000;i++)
    {
        temp[i]=new int[50*sizeof(int)];
    }
    for(i=0;i<10000;i++)
        for(j=0;j<50;j++)
                temp[i][j]=0;
    for(i=0;i<length;i++)
    {
        flag=arr[i]/10;
        temp[flag][count[flag]]=arr[i];
        count[flag]++;
    }

    for(i=0;i<10000;i++)
    {
        for(j=1;j<count[i];j++)
        {
            int key =temp[i][j];
            int t = j-1;
            while((t>=0)&&temp[i][t]>key)
            {
                temp[i][t+1]=temp[i][t];
                t=t-1;
            }
            temp[i][t+1]=key;
        }
    }  
    for(i=0;i<10000;i++)
        for(j=0;j<count[i];j++)
        {
            arr[k]=temp[i][j];
            k++;
        }
}