数据结构复习：交换排序原理及C++实现

1. 交换排序的基本思想

两两比较key值，如果发生逆序（排列的顺序与期望的顺序相反）就交换，知道所有对象都排序完毕！常见的3种交换排序算法：冒泡排序，shaker排序和快速排序。

2. 冒泡排序

设待排序列中有 n 个对象， 首先比较对象v[n-1]和v[n-2], 如果v[n-1] < v[n-2],则交换v[n-1]和v[n-2]，然后对v[n-i]和v[n-i-1]进行同样操作，知道对v[1]和v[0]进行完操作，每一次冒泡，使得值小的对象前移动，如此重复，直至有序，图解如下：

3.Shaker排序（双向冒泡排序）

此种排序是对冒泡排序的改进，冒泡排序每次只能从一个方向进行遍历，而shaker排序每次遍历包括两个方向，先从前向后，再从后往前双向交替，效率上较冒泡排序有所改进，图解如下：

4.快速排序

快速排序采用的是一种分治的思想：取待排序对象序列中的某个对象为基准（任意取一个），按照其他对象与该基准对象的大小关系，将整个序列划分为左右两个子序列，其中左侧子序列中所有对象值都小于或者等于基准值，右侧对象序列中的所有对象值都大于基准值，然后对左右这两个子序列重复上述操作（递归），直至子序列为空为止！还是比较容易理解，这里就不画图了。

5.C++实现

#ifndef EXCHANGESORT_H
#define EXCHANGESORT_H
#include <vector>
#include <iostream>
using std::vector;
using std::cout;
using std::endl;
template <typename T>
class ExchangeSort
{
private:
int len;
vector<T> list;
public:
/*
* Construction function
*/
ExchangeSort(vector<T> _list, int _len)
{
for (int i = 0; i < _len; ++i) list.push_back(_list[i]);
this->len = _len;
}

/*
* bubbleSort functions
*/
void bubbleSort()
{
for (int i = 0; i < len; ++i)
for (int j = i + 1; j < len; ++j)
if (list[i] > list[j]) swap(i, j);
}

/*
* shakerSort functions
*/
void shakerSort()
{
int i, left = 0;
int shift = 0;
int right = len - 1;
while (left < right)
{
for (i = left; i < right; ++i) // From left to right
{
if (list[i] > list[i + 1])
{
swap(i, i + 1);
shift = i;// Record the last index
}
}// end for
right = shift;
for (i = right; i > left; --i)//From right to left
{
if (list[i] < list[i - 1])
{
swap(i, i - 1);
shift = i;
}
}// end for
left = shift;
}//end while
}

/*
* quick sort
*/
void quickSort(int left, int right)
{
int i = left;
int j = right;
int pivot = list[left];
while (i < j)
{
while (i < j && list[j] >= pivot) --j; // Search the number less than pivot
if (i < j) swap(i, j);
while (i < j && list[i] <= pivot) ++i; // Search the number larger than pivot
if (i < j) swap(i, j);
}
if (i != left) quickSort(left, i - 1);
if (j != right) quickSort(j + 1, right);
}
/*
* Exchange two elements of list
*/
void swap(int i, int j)
{
T temp = list[i];
list[i] = list[j];
list[j] = temp;
}

/*
* Display the sorted result
*/
void out()
{
for (int i = 0; i < len; ++i)
{
cout << list[i] << " ";
if ((i + 1) % 18 == 0) cout << endl;
}
cout << endl;
}
};

#endif

//exchangeSortTest
#include "ExchangeSort.h"
#include <vector>
using namespace std;

const unsigned numEle = 8;
int data[numEle] = {1,5,7,3,8,2,6,4};

int main()
{
vector<int> testData;
for (unsigned i = 0; i < numEle; ++i) testData.push_back(data[i]);

ExchangeSort<int> testBubble(testData, numEle);
cout << "Before sorting: ";
testBubble.out();
testBubble.bubbleSort();
cout << "After sorting with bubbleSort: ";
testBubble.out();

ExchangeSort<int> testShaker(testData, numEle);
cout << "Before sorting: ";
testShaker.out();
testShaker.shakerSort();
cout << "After sorting with shakerSort: ";
testShaker.out();

ExchangeSort<int> testQuick(testData, numEle);
cout << "Before sorting: ";
testQuick.out();
testQuick.quickSort(0, numEle-1);
cout << "After sorting with testQuick: ";
testQuick.out();

return 0;
}

6.参考文献

左飞：C++数据结构原理与经典问题求解