几种常见的排序算法的实现与性能分析数据结构课程设计报告

时间：2025-05-01

课程设计(论文)

题目名称几种常见的排序算法的实现与性能分析课程名称学生姓名学号系、专业信息工程系、通信工程指导教师

2012年 12 月 23 日

摘要

设计一个测试程序比较起泡排序、直接排序、简单选择排序、快速排序、希尔排序、堆排序算法的关键字比较次数和移动次数。运用多种自定义函数，通过在主函数中调用自定义函数，实现其功能，最后输出相应算法的比较次数(至少有五种不同的数据)和移动次数（关键字的交换记为三次移动）。从而直观的判断各内部排序算法性能的优劣性。

关键词：起泡排序；直接排序；简单选择排序；快速排序；希尔排序；堆排序；

内部排序；直观；比较次数；移动次数

1 问题描述 ................................................. 1 2 需求分析 ................................................. 1 3 概要设计 ................................................. 1 3．1抽象数据类型定义..................................... 1 3．2模块划分 ............................................ 2 4 详细设计 ............................................ 3

4．1数据类型的定义 ...................................... 3 4．2主要模块的算法描述 ................................... 3 5 测试分析 ............................................ 8 6 课程设计总结 ........................................ 12 参考文献 ............................................. 12 附录（源程序清单） .................................... 13

1 问题描述

设计一个测试程序比较起泡排序、直接排序、简单选择排序、快速排序、希尔排序、堆排序算法的关键字比较次数和移动次数以取得直观感受。待排序表的表长不小于100，表中数据随机产生，至少用5组不同数据作比较，比较指标有：关键字参加比较次数和关键字的移动次数（关键字交换记为3次移动）。最后输出比较结果。

2 需求分析

（1）用数组S来存放系统随机产生的100个数据，并放到R数组中，数据由程序随机产生，用户只需查看结果。

（2）利用全局变量times和changes来分别统计起泡排序、直接排序、简单选择排序、快速排序、希尔排序、堆排序算法的比较次数和移动次数，然后输出结果，并在每一次统计之后，将times和changes都赋值为0。

（3）在主函数中调用用户自定义函数，输出比较结果。

（4）本程序是对几种内部排序算法的关键字进行性能分析的程序，它分为以下几个部分：a、建立数组；b、调用函数求比较和移动次数；c、输出结果。

3 概要设计

3．1抽象数据类型定义

排序数据类型定义：

ADT paixu{

数据对象：D={aij|aij属于{1，2，3…},i,j>0} 数据关系：R={<ai-1,ai>|ai-1,ai∈D，i=2,...,n} 基本操作：

Insertsort();

初始条件：数组已经存在。

基本思想：将一个记录插入到已经排好序的有序列表中，从而得到了一个新的、记录新增1的有序表。

Shellsort();

初始条件：数组已经存在。

基本思想：先取定一个正整数d1<n,把全部记录分成d1个组，所有距离为d1倍数的记录放在一组中，在各组内进行插入排序，然后取d2<d1重复上述分组和排序工作，直至取di=1,即所有记录放在一个组中排序为止。

Bubblesort();

初始条件：数组已经存在。

基本思想：两两比较待排序记录的键值，并交换不满足顺序要求的那些偶对，直到全部满足顺序要求为止。

QuickSort(int low,int high)；

初始条件：数组已经存在。

基本思想：在待排序的n个记录中任取一个记录（通常取第一个记录），以该记录的键值为基准用交换的方法将所有记录分成两部分，所有键值比它小的安置在一部分，所有键值比它大的安置在另一部分，并把该记录排在两部分的中间，也就是该记录的最终位置。这个过程称为一趟快速排序。然后分别对所划分的两部分重复上述过程，一直重复到每部分内只有一个记录为止排序完成。

Selectsort();

初始条件：数组已经存在。

基本思想：每次从待排序的记录中选出键值最小（或最大）的记录，顺序放在已排序的记录序列的最后，直到全部排完。对待排序的文件进行n-1趟扫描，第i趟扫描选出剩下的n-i+1个记录，并与第i个记录交换。

Heap();

初始条件：数组已经存在。

基本思想：对一组待排序的的键值，首先是把它们按堆的定义排列成一个序列（称为初建堆），这就找到了最小键值，然后把最小的键值取出，用剩下的键值再重建堆，便得到次小键值，如此反复进行，知道把全部键值排好序为止。

}ADT 排序 3．2模块划分

本程序包括两个模块：（1）主程序模块

void main() {

初始化；随机数的产生；调用子函数

}；

（2）子函数模块：实现直接插入排序的抽象数据类型。实现希尔排序的抽象数据类型。实现冒泡排序的抽象数据类型。实现快速排序的抽象数据类型。实现选择排序的抽象数据类型。实现堆排序的抽象数据类型。