From 744a37925ff6d5787782c2e70496f012ff9ee0c3 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: reanon <793584285@qq.com> Date: Wed, 18 Jan 2023 14:15:06 +0800 Subject: [PATCH] feat(sort): add c codes --- codes/c/chapter_sorting/CMakeLists.txt | 5 +- codes/c/chapter_sorting/quick_sort.c | 154 +++++++++++++++++++++++++ codes/c/chapter_sorting/radix_sort.c | 70 +++++++++++ 3 files changed, 227 insertions(+), 2 deletions(-) create mode 100644 codes/c/chapter_sorting/quick_sort.c create mode 100644 codes/c/chapter_sorting/radix_sort.c diff --git a/codes/c/chapter_sorting/CMakeLists.txt b/codes/c/chapter_sorting/CMakeLists.txt index 55fb65f56..e6c097be6 100644 --- a/codes/c/chapter_sorting/CMakeLists.txt +++ b/codes/c/chapter_sorting/CMakeLists.txt @@ -1,3 +1,4 @@ add_executable(bubble_sort bubble_sort.c) -add_executable(quick_sort quick_sort.c ) -add_executable(insertion_sort insertion_sort.c) \ No newline at end of file +add_executable(insertion_sort insertion_sort.c) +add_executable(quick_sort quick_sort.c) +add_executable(radix_sort radix_sort.c) \ No newline at end of file diff --git a/codes/c/chapter_sorting/quick_sort.c b/codes/c/chapter_sorting/quick_sort.c new file mode 100644 index 000000000..c860c432f --- /dev/null +++ b/codes/c/chapter_sorting/quick_sort.c @@ -0,0 +1,154 @@ +/** + * File: quick_sort.c + * Created Time: 2023-01-18 + * Author: Reanon (793584285@qq.com) + */ + +#include "../include/include.h" + +/* 元素交换 */ +static void swap(int nums[], int i, int j) { + int tmp = nums[i]; + nums[i] = nums[j]; + nums[j] = tmp; +} + +/* 快速排序类 */ +// 快速排序类-哨兵划分 +int quickSortPartition(int nums[], int left, int right) { + // 以 nums[left] 作为基准数 + int i = left, j = right; + while (i < j) { + while (i < j && nums[j] >= nums[left]) { + // 从右向左找首个小于基准数的元素 + j--; + } + while (i < j && nums[i] <= nums[left]) { + // 从左向右找首个大于基准数的元素 + i++; + } + // 交换这两个元素 + swap(nums, i, j); + } + // 将基准数交换至两子数组的分界线 + swap(nums, i, left); + // 返回基准数的索引 + return i; +} + +// 快速排序类-快速排序 +void quickSort(int nums[], int left, int right) { + // 子数组长度为 1 时终止递归 + if (left >= right) { + return; + } + // 哨兵划分 + int pivot = quickSortPartition(nums, left, right); + // 递归左子数组、右子数组 + quickSort(nums, left, pivot - 1); + quickSort(nums, pivot + 1, right); +} + +/* 快速排序类（中位基准数优化） */ +// 选取三个元素的中位数 +int medianThree(int nums[], int left, int mid, int right) { + // 使用了异或操作来简化代码 + // 异或规则为 0 ^ 0 = 1 ^ 1 = 0, 0 ^ 1 = 1 ^ 0 = 1 + if ((nums[left] < nums[mid]) ^ (nums[left] < nums[right])) + return left; + else if ((nums[mid] < nums[left]) ^ (nums[mid] < nums[right])) + return mid; + else + return right; +} + +// 哨兵划分（三数取中值） +int QuickSortMedianPartition(int nums[], int left, int right) { + // 选取三个候选元素的中位数 + int med = medianThree(nums, left, (left + right) / 2, right); + // 将中位数交换至数组最左端 + swap(nums, left, med); + // 以 nums[left] 作为基准数 + int i = left, j = right; + while (i < j) { + while (i < j && nums[j] >= nums[left]) + j--; // 从右向左找首个小于基准数的元素 + while (i < j && nums[i] <= nums[left]) + i++; // 从左向右找首个大于基准数的元素 + swap(nums, i, j); // 交换这两个元素 + } + swap(nums, i, left); // 将基准数交换至两子数组的分界线 + return i; // 返回基准数的索引 +} + +// 中位基准数优化-快速排序 +void quickSortMedian(int nums[], int left, int right) { + // 子数组长度为 1 时终止递归 + if (left >= right) + return; + // 哨兵划分 + int pivot = QuickSortMedianPartition(nums, left, right); + // 递归左子数组、右子数组 + quickSortMedian(nums, left, pivot - 1); + quickSortMedian(nums, pivot + 1, right); +} + + +/* 快速排序类（尾递归优化） */ +/* 尾递归优化-哨兵划分 */ +int quickSortTailCallPartition(int nums[], int left, int right) { + // 以 nums[left] 作为基准数 + int i = left, j = right; + while (i < j) { + while (i < j && nums[j] >= nums[left]) + j--; // 从右向左找首个小于基准数的元素 + while (i < j && nums[i] <= nums[left]) + i++; // 从左向右找首个大于基准数的元素 + swap(nums, i, j); // 交换这两个元素 + } + swap(nums, i, left); // 将基准数交换至两子数组的分界线 + return i; // 返回基准数的索引 +} + + +// 快速排序（尾递归优化） +void quickSortTailCall(int nums[], int left, int right) { + // 子数组长度为 1 时终止 + while (left < right) { + // 哨兵划分操作 + int pivot = quickSortTailCallPartition(nums, left, right); + // 对两个子数组中较短的那个执行快排 + if (pivot - left < right - pivot) { + quickSortTailCall(nums, left, pivot - 1); // 递归排序左子数组 + left = pivot + 1; // 剩余待排序区间为 [pivot + 1, right] + } else { + quickSortTailCall(nums, pivot + 1, right); // 递归排序右子数组 + right = pivot - 1; // 剩余待排序区间为 [left, pivot - 1] + } + } +} + + +/* Driver Code */ +int main() { + /* 快速排序 */ + int nums[] = {2, 4, 1, 0, 3, 5}; + int size = sizeof(nums) / sizeof(int); + quickSort(nums, 0, size - 1); + printf("快速排序完成后 nums = "); + printArray(nums, size); + + /* 快速排序（中位基准数优化） */ + int nums1[] = {2, 4, 1, 0, 3, 5}; + quickSortMedian(nums1, 0, size - 1); + printf("快速排序（中位基准数优化）完成后 nums = "); + printArray(nums1, size); + + /* 快速排序（尾递归优化） */ + int nums2[] = {2, 4, 1, 0, 3, 5}; + quickSortTailCall(nums2, 0, size - 1); + printf("快速排序（尾递归优化）完成后 nums = "); + printArray(nums1, size); + + return 0; +} diff --git a/codes/c/chapter_sorting/radix_sort.c b/codes/c/chapter_sorting/radix_sort.c new file mode 100644 index 000000000..4574ea8a2 --- /dev/null +++ b/codes/c/chapter_sorting/radix_sort.c @@ -0,0 +1,70 @@ +/** + * File: radix_sort.c + * Created Time: 2023-01-18 + * Author: Reanon (793584285@qq.com) + */ + +#include "../include/include.h" + +/* 获取元素 num 的第 k 位，其中 exp = 10^(k-1) */ +int digit(int num, int exp) { + // 传入 exp 而非 k 可以避免在此重复执行昂贵的次方计算 + return (num / exp) % 10; +} + +/* 计数排序（根据 nums 第 k 位排序） */ +void countSort(int nums[], int size, int exp) { + // 十进制的各位数字范围为 0~9 ，因此需要长度为 10 的桶 + int *bucket = (int *) malloc((sizeof(int) * 10)); + // 借助桶来统计 0~9 各数字的出现次数 + for (int i = 0; i < size; i++) { + // 获取 nums[i] 第 k 位，记为 d + int d = digit(nums[i], exp); + // 统计数字 d 的出现次数 + bucket[d]++; + } + // 求前缀和，将“出现个数”转换为“数组索引” + for (int i = 1; i < 10; i++) { + bucket[i] += bucket[i - 1]; + } + // 倒序遍历，根据桶内统计结果，将各元素填入暂存数组 tmp + int *tmp = (int *) malloc(sizeof(int) * size); + for (int i = size - 1; i >= 0; i--) { + int d = digit(nums[i], exp); + int j = bucket[d] - 1; // 获取 d 在数组中的索引 j + tmp[j] = nums[i]; // 将当前元素填入索引 j + bucket[d]--; // 将 d 的数量减 1 + } + // 将 tmp 复制到 nums + for (int i = 0; i < size; i++) { + nums[i] = tmp[i]; + } +} + +/* 基数排序 */ +static void radixSort(int nums[], int size) { + // 获取数组的最大元素，用于判断最大位数 + int max = INT32_MIN; + for (size_t i = 0; i < size - 1; i++) { + if (nums[i] > max) { + max = nums[i]; + } + } + // 按照从低位到高位的顺序遍历 + for (int exp = 1; max >= exp; exp *= 10) + // 对数组元素的第 k 位执行「计数排序」 + // k = 1 -> exp = 1 + // k = 2 -> exp = 10 + // k = 3 -> exp = 100 + // 即 exp = 10^(k-1) + countSort(nums, size, exp); +} + +int main() { + /* 基数排序 */ + int nums[] = {23, 12, 3, 4, 788, 192}; + int size = sizeof(nums) / sizeof(int); + radixSort(nums, size); + printf("基数排序完成后 nums = "); + printArray(nums, size); +} \ No newline at end of file