【问题标题】：Sorting an array in C?在C中对数组进行排序？
【发布时间】：2011-04-23 01:51:27
【问题描述】：

以下数组排序的最佳排序技术是什么，如果有重复如何处理它们：

int a= {1,3,6,7,1,2};

还有哪一种是最好的排序技术？

void BubbleSort(int a[], int array_size)
{
    int i, j, temp;
    for (i = 0; i < (array_size - 1); ++i)
    {
        for (j = 0; j < array_size - 1 - i; ++j )
        {
            if (a[j] > a[j+1])
            {
                temp = a[j+1];
                a[j+1] = a[j];
                a[j] = temp;
            }
        }
    }
}

【问题讨论】：

见：en.wikipedia.org/wiki/Sorting_algorithm
没有“最好的排序技术”，这取决于数据的大小以及是否在一开始就进行了排序。我建议您阅读en.wikipedia.org/wiki/… 以及整篇维基百科文章。
"best" 取决于数据和其他限制：内存、速度、如何开始排序错误。快速排序是其中的一个很好的折衷方案。冒泡排序最适合小内存。你想完成什么？
最好的（如果最好 == 最快的）排序技术是获取已经排序的数据。
"后面的数组" = "前面的数组"？如果是的话，最快的就是把它写下来排序。说真的，我在生成的代码中这样做。

标签： c algorithm sorting

【解决方案1】：

在C语言中，你可以使用内置的qsort命令：

int compare( const void* a, const void* b)
{
     int int_a = * ( (int*) a );
     int int_b = * ( (int*) b );

     if ( int_a == int_b ) return 0;
     else if ( int_a < int_b ) return -1;
     else return 1;
}

qsort( a, 6, sizeof(int), compare )

见：http://www.cplusplus.com/reference/clibrary/cstdlib/qsort/

回答您问题的第二部分：最佳（基于比较）排序算法是运行 O(n log(n)) 比较的算法。有几种具有此属性（包括快速排序、归并排序、堆排序等），但使用哪一种取决于您的用例。

附带说明一下，如果您对自己的数据有所了解，有时可以比 O(n log(n)) 做得更好 - 请参阅Radix Sort 上的维基百科文章

【讨论】：

@Alex：如果你想要它快，至少提供一个像样的比较功能！ qsort 不需要返回值是-1、0、1，而是“任何负数”、0、“任何正数”，因此您只需执行return *((int*)a)-*((int*)b);，这比您的建议要快得多。跨度>
@kriss：在整数溢出的情况下，您的比较没有明确定义；因此，人们经常会看到类似return (a > b) - (a < b)
@Stephen Canon：同意，当您对数据范围一无所知并且可能发生溢出时，您应该使用 Christoph 之类的公式。在实际情况下，我在处理有符号数字时从未见过一次，但我对数据范围没有一些粗略的了解（而且我的公式也适用于无符号数）。我的观点主要是比较 API 结果类型不是 -1,0,1（或者我们甚至不能使用 strcmp 来比较 char*）。
@kriss：这种符号的使用是完全错误的。即使它是随机的，它可以遇到需要二次时间的情况。因此，大 O 是二次的。大 O 总是表示最坏情况。对荒谬的“平均案例”复杂度估计使用不同的符号。
@kriss：如果我说一个算法在时间上是O(f(n))，这意味着它运行的时间以f(n)的恒定倍数为界，其中对于所有可能的输入，特定的常量依赖于实现，但在实现中是常量。声称快速排序是 O(n log n) 就像声称 if (rand()==42) return find_prime_factors(n); else return NULL; 是 O(1) 相对于 n 一样荒谬。

【解决方案2】：

在您的特定情况下，最快的排序可能是this answer 中描述的排序。它针对 6 个整数的数组进行了优化，并使用排序网络。它比库 qsort 快 20 倍（在 x86 上测量）。排序网络对于固定长度数组的排序是最优的。由于它们是固定的指令序列，因此它们甚至可以通过硬件轻松实现。

一般来说，有许多排序算法针对某些特殊情况进行了优化。堆排序或快速排序等通用算法针对项目数组的就地排序进行了优化。它们产生 O(n.log(n)) 的复杂度，n 是要排序的项目数。

库函数 qsort() 编码非常好，在复杂性方面效率很高，但是使用了对用户提供的一些比较函数的调用，并且该调用的成本相当高。

为了对大量数据进行排序，算法还必须处理与磁盘之间的数据交换，这是在数据库中实现的排序类型，如果您有这样的需求，最好的选择是将数据放入某个数据库中并使用内置排序。

【讨论】：

【解决方案3】：

视情况而定

这取决于各种各样的事情。但总的来说，使用Divide-and-Conquer / dichotomic 方法的算法在排序问题上表现良好，因为它们呈现出有趣的平均情况复杂性。

基础知识

要了解哪种算法效果最好，您需要了解algorithms complexity 和big-O notation 的基本知识，以便了解它们如何根据average case, best case and worst case scenarios 进行评分。如果需要，您还必须关注sorting algorithm's stability。

例如，通常一种有效的算法是快速排序。然而，如果你给快速排序一个完美的倒排列表，那么它的性能会很差（在这种情况下，简单的选择排序会表现得更好！）。如果您对列表进行预分析，Shell-sort 通常也是快速排序的一个很好的补充。

查看以下内容，了解使用分而治之方法的“高级搜索”：

这些更简单的算法适用于不太复杂的算法：

进一步

以上是入门时常见的嫌疑人，但还有无数其他的。

正如 R. 在 cmets 和 kriss 在他的回答中指出的那样，您可能想看看 HeapSort，它在理论上提供了比快速排序更好的排序复杂性（但通常不会更好在实际设置中）。还有变体和hybrid algorithms（例如TimSort）。

【讨论】：

如果你提供一个完全倒置的列表来进行快速排序，它只会在最简单的实现中退化（总是将列表的头部作为枢轴），即使那样它也不会比 BubbleSort 更糟。天真的快速排序对于已经排序的列表也会表现不佳。但是对算法进行非常简单的更改就足以避免该问题（从列表中提取几个数字作为潜在枢轴并选择中位数作为枢轴）。
@kriss：正确。但这是一个 CS 学习问题，所以我只讨论每种方法的理论和基本实现。显然，您可以调整算法并最大限度地减少这些副作用，但是当 OP 询问一般排序问题时，我认为确定这些问题更符合要求。
@haylem：这确实可能是一个学习问题，但谈论幼稚实现的风险是让读者相信库调用 qsort 是 QuickSort 的幼稚实现，它不是，并且会在已排序的数据集上退化。如果我没记错的话，在大多数实现中它甚至不是快速排序。
您遗漏了堆排序，这可以说是理想的排序（O(1) 空间和O(n log n) 时间）。
@R.：我猜我漏掉了很多 :) 但你说得对，我应该提到堆排序。

【解决方案4】：

我想做一些改变：在 C 中，您可以使用内置的 qsort 命令：

int compare( const void* a, const void* b)
{
   int int_a = * ( (int*) a );
   int int_b = * ( (int*) b );

   // an easy expression for comparing
   return (int_a > int_b) - (int_a < int_b);
}

qsort( a, 6, sizeof(int), compare )

【讨论】：

【解决方案5】：

最好的排序技术通常取决于数组的大小。合并排序可能是最好的，因为它根据 Big-O 算法管理更好的空间和时间复杂度（这更适合大型数组）。

【讨论】：