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选择排序(Selection sort)是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是:第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,然后再从剩余的未排序元素中寻找到最小(大)元素,然后放到已排序的序列的末尾。以此类推,直到全部待排序的数据元素的个数为零。选择排序是不稳定的排序方法。
一、原理学习
假设你现在手上正有一张记录了多个同学成绩的成绩单,你现在需要将这个成绩单按照学生成绩高低的顺序排列,从而给班内学生排序,该怎么做。
有一种办法是先遍历一遍这个成绩单,找到成绩最优的学生,再将他放入一个新的成绩单。
再以同样的方式,在剩余学生中找到成绩最高的添加入新列表末尾。
重复这么做直到将最后一名学生也添加入新列表,就得了到一个有序的成绩单。
这样的排序方式就叫做选择排序,即第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,然后再从剩余的未排序元素中寻找到最小(大)元素,然后放到已排序的序列的末尾。以此类推,直到全部待排序的数据元素的个数为零。
在编写代码时,我们实际执行的是交换操作,找到整个列表中最大(小)的值,找到之后将其与第一个数交换,再找到最大(小)的与第二个数交换,以此类推。
选择排序只是一种思想,而非定式,你也可以在遍历过程中同时标记最大最小的数据,然后分别放在数据的开头和结尾,一轮遍历可以同时确定两个元素位置,以减少总遍历次数。
二、代码实现
#include <stdio.h>
void selectionSort(int arr[], int n) {
int i, j, minIdx, temp;
for (i = 0; i < n - 1; i++) {
minIdx = i;
for (j = i + 1; j < n; j++) {
if (arr[j] < arr[minIdx]) {
minIdx = j;
}
}
// 交换找到的最小元素和当前元素
temp = arr[i];
arr[i] = arr[minIdx];
arr[minIdx] = temp;
}
}
void printArray(int arr[], int n) {
for (int i = 0; i < n; i++) {
printf("%d ", arr[i]);
}
printf("\n");
}
int main() {
int arr[] = {64, 25, 12, 22, 11};
int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
printf("原数组:\n");
printArray(arr, n);
selectionSort(arr, n);
printf("排序后的数组:\n");
printArray(arr, n);
return 0;
}
三、选择排序的问题
3.1 效率低
选择排序简单易懂,但其速度不是很快,在每次在未排序列表中查询最值时,需要的时间是O(n),而这种操作你需要执行n次,需要的总时间为O(n*n),即O(n²)。由于其O(n²)的时间复杂度,选择排序在处理大量数据时效率会非常低,此时可以选择其他排序方式比如归并排序和堆排序。
3.2 不稳定
选择排序是个不稳定的排序算法,这里的稳定不是说的程序运行稳定,稳定排序指的是,在排序过程中,如果有两个相等的元素,排序后它们的相对位置保持不变。选择排序的过程是每一轮从剩余未排序的部分中找到最小(或最大)的元素,并将其与当前的第一个元素交换位置。这种交换可能会破坏相等元素的相对顺序。
举个例子:
假设有一个数组:
[5a, 3, 5b, 2]
其中 5a 和 5b 是两个值为同5的不同的元素,用a和b来标记他们现在的位置。如果按照选择排序的过程进行排序:
第一轮:选择最小元素 2,将其与数组的第一个元素 5a 交换,得到:
[2, 3, 5b, 5a]
第二轮:从剩余的部分 [3, 5b, 5a] 中选择最小元素 3,它和第一个元素 3 交换,数组不变:
[2, 3, 5b, 5a]
第三轮:选择 5b 和 5a ,值相同不交换。
在这个例子中,原本 5a 在 5b 前面,但排序后 5a 被交换到了 5b 的后面,这破坏了它们的相对顺序。因此,选择排序被认为是不稳定的。