内部排序算法比较课程设计报告种基本排序

数据结构课程设计—内部排序算法比较在计算机科学领域中，数据的排序是一项非常基础且重要的操作。

内部排序算法作为其中的关键部分，对于提高程序的运行效率和数据处理能力起着至关重要的作用。

本次课程设计将对几种常见的内部排序算法进行比较和分析，包括冒泡排序、插入排序、选择排序、快速排序和归并排序。

冒泡排序是一种简单直观的排序算法。

它通过重复地走访要排序的数列，一次比较两个数据元素，如果顺序不对则进行交换，并一直重复这样的走访操作，直到没有要交换的数据元素为止。

这种算法的优点是易于理解和实现，但其效率较低，在处理大规模数据时性能不佳。

因为它在最坏情况下的时间复杂度为 O(n²)，平均时间复杂度也为O(n²)。

插入排序的工作原理是通过构建有序序列，对于未排序数据，在已排序序列中从后向前扫描，找到相应位置并插入，直到整个序列有序。

插入排序在数据量较小时表现较好，其平均时间复杂度和最坏情况时间复杂度也都是 O(n²)，但在某些情况下，它的性能可能会优于冒泡排序。

选择排序则是每一次从待排序的数据元素中选出最小（或最大）的一个元素，存放在序列的起始位置，然后，再从剩余未排序元素中继续寻找最小（或最大）元素，然后放到已排序序列的末尾。

以此类推，直到全部待排序的数据元素排完。

选择排序的时间复杂度同样为O(n²)，但它在某些情况下的交换操作次数可能会少于冒泡排序和插入排序。

快速排序是一种分治的排序算法。

它首先选择一个基准元素，将数列分成两部分，一部分的元素都比基准小，另一部分的元素都比基准大，然后对这两部分分别进行快速排序。

快速排序在平均情况下的时间复杂度为 O(nlogn)，最坏情况下的时间复杂度为 O(n²)。

然而，在实际应用中，快速排序通常表现出色，是一种非常高效的排序算法。

归并排序也是一种分治算法，它将待排序序列分成若干个子序列，每个子序列有序，然后将子序列合并成一个有序序列。

数据结构实验报告本文是范文，仅供参考写作，禁止抄袭本文内容上传提交，违者取消写作资格，成绩不合格！实验名称：排序算法比较提交文档学生姓名：提交文档学生学号：同组成员名单：指导教师姓名：排序算法比较一、实验目的和要求1、设计目的1．掌握各种排序的基本思想。

2．掌握各种排序方法的算法实现。

3．掌握各种排序方法的优劣分析及花费的时间的计算。

4．掌握各种排序方法所适应的不同场合。

2、设计内容和要求利用随机函数产生30000个随机整数，利用插入排序、起泡排序、选择排序、快速排序、堆排序、归并排序等排序方法进行排序，并统计每一种排序上机所花费的时间二、运行环境（软、硬件环境）软件环境：Vc6.0编程软件运行平台： Win32硬件：普通个人pc机三、算法设计的思想1、冒泡排序：bubbleSort()基本思想: 设待排序的文件为r[1..n]第1趟(遍)：从r[1]开始,依次比较两个相邻记录的关键字r[i].key和r[i+1].key,若r[i].key>r[i+1].key，则交换记录r[i]和r[i+1]的位置；否则,不交换。

(i=1,2,...n-1)第1趟之后,n个关键字中最大的记录移到了r[n]的位置上。

第2趟：从r[1]开始,依次比较两个相邻记录的关键字r[i].key和r[i+1].key,若r[i].key>r[i+1].key，则交换记录r[i]和r[i+1]的位置；否则,不交换。

(i=1,2,...n-2)第2趟之后,前n-1个关键字中最大的记录移到了r[n-1]的位置上，作完n-1趟,或者不需再交换记录时为止。

2、选择排序：selSort()每一趟从待排序的数据元素中选出最小（或最大）的一个元素，顺序放在已排好序的数列的最后，直到全部待排序的数据元素排完。

选择排序不像冒泡排序算法那样先并不急于调换位置，第一轮（k=1）先从array[k]开始逐个检查，看哪个数最小就记下该数所在的位置于minlIndex中，等一轮扫描完毕，如果找到比array[k-1]更小的元素，则把array[minlIndex]和a[k-1]对调，这时array[k]到最后一个元素中最小的元素就换到了array[k-1]的位置。

各种内排序算法的实验心得
1. 冒泡排序
冒泡排序是一种简单的排序算法，但它的时间复杂度为O(n^2)，在处理大量数据时效率很低。

在实验过程中，我发现当数据量较小时，冒泡排序的效率其实还是不错的，但一旦数据量增加，它的效率就明显下降了。

2. 插入排序
插入排序的时间复杂度也是O(n^2)，类似于冒泡排序。

但是插入排序比冒泡排序更快，因为它每次只需要比较一个元素。

在实验中，我发现当数据量比较小且有序时，插入排序的效率非常高，但如果数据量较大且随机分布，效率就会明显下降。

3. 选择排序
选择排序同样是时间复杂度为O(n^2)的算法，但是它比冒泡排序和插入排序都要快。

在实验中，我发现当数据量很大时，选择排序的效率比较稳定，但是当数据量比较小时，它的效率反而不如插入排序。

4. 快速排序
快速排序是一种常用的排序算法，它的时间复杂度为O(nlogn)，比冒泡、插入和选择排序都要快。

在实验中，我发现当数据量比较大时，快速排序的效率非常高，但是当数据量比较小时，它的效率反而不如插入排序和选择排序。

5. 归并排序
归并排序与快速排序的时间复杂度相同，都是O(nlogn)。

但是归并排序比快速排序更稳定，因为它的最坏时间复杂度是O(nlogn)。

在实验中，我发现当数据量比较大时，归并排序的效率非常高，而且在处理大量数据时表现优异。

6. 基数排序
基数排序是一种特殊的排序算法，它适用于数据量较大且每个元素长度相同的情况。

在实验中，我发现基数排序的效率非常高，尤其是对于大量数据的排序。

但需要注意的是，基数排序无法处理字符串等非数字类型的数据。

各种排序算法的课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握排序算法的基本概念，了解不同排序算法的优缺点及应用场景。

2. 使学生能够理解和掌握冒泡排序、选择排序、插入排序等基本排序算法的原理和实现方法。

3. 帮助学生理解排序算法的时间复杂度和空间复杂度，并能够分析不同算法的效率。

技能目标：1. 培养学生运用编程语言实现排序算法的能力，提高编程实践操作技能。

2. 培养学生通过分析问题，选择合适的排序算法解决实际问题的能力。

情感态度价值观目标：1. 激发学生对计算机科学和算法的兴趣，培养主动探究和自主学习的精神。

2. 培养学生面对问题时的耐心和细心，提高解决问题的信心和团队合作意识。

3. 使学生认识到排序算法在生活中的广泛应用，体会算法对人类社会的贡献。

课程性质分析：本课程为计算机科学相关学科，旨在让学生掌握排序算法的基本原理和实现方法，提高编程实践能力。

学生特点分析：学生处于年级中段，具有一定的编程基础和逻辑思维能力，对新鲜事物充满好奇心，但学习耐心和自律性有待提高。

教学要求：1. 注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。

2. 通过案例分析，引导学生主动思考，提高问题解决能力。

3. 创设互动、轻松的学习氛围，关注学生个体差异，激发学习兴趣。

二、教学内容1. 排序算法基本概念：介绍排序的定义、排序算法的稳定性、内排序与外排序的分类。

2. 冒泡排序：讲解冒泡排序的原理、实现步骤，分析其时间复杂度和空间复杂度。

3. 选择排序：介绍选择排序的原理、实现步骤，分析其时间复杂度和空间复杂度。

4. 插入排序：讲解插入排序的原理、实现步骤，分析其时间复杂度和空间复杂度。

5. 排序算法比较：对比冒泡排序、选择排序和插入排序的优缺点，探讨在不同场景下如何选择合适的排序算法。

6. 教学案例：结合实际案例，让学生动手实践排序算法，提高编程能力。

7. 排序算法拓展：简要介绍其他常用排序算法（如快速排序、归并排序等）的原理和应用。

⽤Java实现常见的8种内部排序算法⼀、插⼊类排序插⼊类排序就是在⼀个有序的序列中，插⼊⼀个新的关键字。

从⽽达到新的有序序列。

插⼊排序⼀般有直接插⼊排序、折半插⼊排序和希尔排序。

1. 插⼊排序1.1 直接插⼊排序/*** 直接⽐较，将⼤元素向后移来移动数组*/public static void InsertSort(int[] A) {for(int i = 1; i < A.length; i++) {int temp = A[i]; //temp ⽤于存储元素，防⽌后⾯移动数组被前⼀个元素覆盖int j;for(j = i; j > 0 && temp < A[j-1]; j--) { //如果 temp ⽐前⼀个元素⼩，则移动数组A[j] = A[j-1];}A[j] = temp; //如果 temp ⽐前⼀个元素⼤，遍历下⼀个元素}}/*** 这⾥是通过类似于冒泡交换的⽅式来找到插⼊元素的最佳位置。

⽽传统的是直接⽐较，移动数组元素并最后找到合适的位置*/public static void InsertSort2(int[] A) { //A[] 是给定的待排数组for(int i = 0; i < A.length - 1; i++) { //遍历数组for(int j = i + 1; j > 0; j--) { //在有序的序列中插⼊新的关键字if(A[j] < A[j-1]) { //这⾥直接使⽤交换来移动元素int temp = A[j];A[j] = A[j-1];A[j-1] = temp;}}}}/*** 时间复杂度：两个 for 循环 O(n^2)* 空间复杂度：占⽤⼀个数组⼤⼩，属于常量，所以是 O(1)*/1.2 折半插⼊排序/** 从直接插⼊排序的主要流程是：1.遍历数组确定新关键字 2.在有序序列中寻找插⼊关键字的位置* 考虑到数组线性表的特性，采⽤⼆分法可以快速寻找到插⼊关键字的位置，提⾼整体排序时间*/public static void BInsertSort(int[] A) {for(int i = 1; i < A.length; i++) {int temp = A[i];//⼆分法查找int low = 0;int high = i - 1;int mid;while(low <= high) {mid = (high + low)/2;if (A[mid] > temp) {high = mid - 1;} else {low = mid + 1;}}//向后移动插⼊关键字位置后的元素for(int j = i - 1; j >= high + 1; j--) {A[j + 1] = A[j];}//将元素插⼊到寻找到的位置A[high + 1] = temp;}}2. 希尔排序希尔排序⼜称缩⼩增量排序，其本质还是插⼊排序，只不过是将待排序列按某种规则分成⼏个⼦序列，然后如同前⾯的插⼊排序⼀般对这些⼦序列进⾏排序。

《数据结构与算法》实验报告一、需求分析问题描述：在教科书中，各种内部排序算法的时间复杂度分析结果只给出了算法执行时间的阶，或大概执行时间。

试通过随机数据比较各算法的关键字比较次数和关键字移动次数，以取得直观感受。

基本要求：（l）对以下6种常用的内部排序算法进行比较：起泡排序、直接插入排序、简单选择排序、快速排序、希尔排序、堆排序。

（2）待排序表的表长不小于100000；其中的数据要用伪随机数程序产生；至少要用5组不同的输入数据作比较；比较的指标为有关键字参加的比较次数和关键字的移动次数（关键字交换计为3次移动）。

（3）最后要对结果作简单分析，包括对各组数据得出结果波动大小的解释。

数据测试：二．概要设计1.程序所需的抽象数据类型的定义：typedef int BOOL; //说明BOOL是int的别名typedef struct StudentData { int num; //存放关键字}Data; typedef struct LinkList { int Length; //数组长度Data Record[MAXSIZE]; //用数组存放所有的随机数} LinkList int RandArray[MAXSIZE]; //定义长度为MAXSIZE的随机数组void RandomNum() //随机生成函数void InitLinkList(LinkList* L) //初始化链表BOOL LT(int i, int j,int* CmpNum) //比较i和j 的大小void Display(LinkList* L) //显示输出函数void ShellSort(LinkList* L, int dlta[], int t,int* CmpNum, int* ChgNum) //希尔排序void QuickSort (LinkList* L, int* CmpNum, int* ChgNum) //快速排序void HeapSort (LinkList* L, int* CmpNum, int* ChgNum) //堆排序void BubbleSort(LinkList* L, int* CmpNum, int* ChgNum) //冒泡排序void SelSort(LinkList* L, int* CmpNum, int* ChgNum) //选择排序void Compare(LinkList* L,int* CmpNum, int* ChgNum) //比较所有排序2 .各程序模块之间的层次（调用）关系：二、详细设计typedef int BOOL; //定义标识符关键字BOOL别名为int typedef struct StudentData //记录数据类型{int num; //定义关键字类型}Data; //排序的记录数据类型定义typedef struct LinkList //记录线性表{int Length; //定义表长Data Record[MAXSIZE]; //表长记录最大值}LinkList; //排序的记录线性表类型定义int RandArray[MAXSIZE]; //定义随机数组类型及最大值/******************随机生成函数********************/void RandomNum(){int i; srand((int)time(NULL)); //用伪随机数程序产生伪随机数for(i=0; i小于MAXSIZE; i++) RandArray[i]<=(int)rand(); 返回;}/*****************初始化链表**********************/void InitLinkList(LinkList* L) //初始化链表{int i;memset(L,0,sizeof(LinkList));RandomNum();for(i=0; i小于<MAXSIZE; i++)L->Record[i].num<=RandArray[i]; L->Length<=i;}BOOL LT(int i, int j,int* CmpNum){(*CmpNum)++; 若i<j) 则返回TRUE; 否则返回FALSE;}void Display(LinkList* L){FILE* f; //定义一个文件指针f int i;若打开文件的指令不为空则//通过文件指针f打开文件为条件判断{ //是否应该打开文件输出“can't open file”;exit(0); }for (i=0; i小于L->Length; i++)fprintf(f,"%d\n",L->Record[i].num);通过文件指针f关闭文件;三、调试分析1.调试过程中遇到的问题及经验体会:在本次程序的编写和调试过程中，我曾多次修改代码，并根据调试显示的界面一次次调整代码。

内部排序算法比较第一章问题描述排序是数据结构中重要的一个部分，也是在实际开发中易遇到的问题，所以研究各种排算法的时间消耗对于在实际应用当中很有必要通过分析实际结合算法的特性进行选择和使用哪种算法可以使实际问题得到更好更充分的解决！该系统通过对各种内部排序算法如直接插入排序，冒泡排序，简单选择排序，快速排序，希尔排序，堆排序、二路归并排序等，以关键码的比较次数和移动次数分析其特点，并进行比较，估算每种算法的时间消耗，从而比较各种算法的优劣和使用情况！排序表的数据是多种不同的情况，如随机产生数据、极端的数据如已是正序或逆序数据。

比较的结果用一个直方图表示。

第二章系统分析界面的设计如图所示：|******************************||-------欢迎使用---------||-----（1）随机取数-------||-----（2）自行输入-------||-----（0）退出使用-------||******************************|请选择操作方式：如上图所示该系统的功能有：（1）：选择 1 时系统由客户输入要进行测试的元素个数由电脑随机选取数字进行各种排序结果得到准确的比较和移动次数并打印出结果。

（2）选择 2 时系统由客户自己输入要进行测试的元素进行各种排序结果得到准确的比较和移动次数并打印出结果。

（3）选择0 打印“谢谢使用！！”退出系统的使用！！第三章系统设计（I）友好的人机界面设计：（如图3.1所示）|******************************||-------欢迎使用---------||-----（1）随机取数-------||-----（2）自行输入-------||-----（0）退出使用-------||******************************|（3.1）（II）方便快捷的操作：用户只需要根据不同的需要在界面上输入系统提醒的操作形式直接进行相应的操作方式即可！如图（3.2所示）|******************************||-------欢迎使用---------||-----（1）随机取数-------||-----（2）自行输入-------||-----（0）退出使用-------||******************************|请选择操作方式：（用户在此输入操作方式）（3.2）（III）系统采用定义结构体数组来存储数据。