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排序算法系列之(一)——选择排序清新脱俗的一面

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前言

大家还记得我几个月前挖的一个大坑吗?非要自不量力的来讲讲排序家族的故事,这不是!今天我回来继续填这个坑,搞不好会把自己埋在这了/(ㄒoㄒ)/~~

话说关于这些排序算法的总结网上各种版本的都有,并且有些写的非常详细,如果你想对比各种算法的优缺点、复杂度、稳定性等等,建议你去看看那些文章,对于知识的积累还是非常有帮助的,最起码可以应付一些考试和面试。

今天我突然来了兴致,也想来写写排序算法,那么我们先拿谁来开刀呢?还是选择排序吧,谁让它好欺负呢!当然我不想讲那些专业性的东西,只是想说一下我自己的学习过程和对这个算法的理解。

选择排序

今天我们抛开晦涩的算法定义,来重新认识一下选择排序,想要理解选择排序的工作原理,首先需要理解什么是选择。那么什么是选择呢?其实生活之中到处充满了选择,比如“今天上班需要穿哪件衣服?”,“中午吃饭到底是吃西红柿炒鸡蛋还是土豆牛肉呢?”等等,类似的问题还有很多,当我们回答这些问题时,都是在做出自己的选择,而选择排序相对于生活中的选择问题来说,那简直是so easy!

为了更加清晰地认识到选择排序的本质,我们拨开它的一层层外衣,当然了这不是在扒洋葱,我们仅仅是挑一种适合理解的方式。假设我有五个大小不一样的苹果,现在要求你按照从小到大的顺序把苹果排成一行,为什么非得要排成一行呢?我想去串一串糖葫芦不行吗!行行行!既然你同意了,接下来我们看看怎么把这5个苹果从小到大排成一行。

下面进入正题,既然要排序,第一直觉,我选择一个最小的放在第1个位置上,然后从剩下的4个苹果里选择一个最小的放在第2个位置上,接着从剩下的3个苹果里选择一个最小的放在第3个位置上,继续从剩下的2个苹果里选择一个最小的放在第1个位置上,然后从剩下的1个……——错!错!错!你是不是说顺嘴了,一个苹果还选什么最小的,直接拿过来放在最后不就完成了,是不是很神奇?我做了4次选择居然就完成了排序,是不是感觉选择排序有点意思了。

我感觉讲到这里,你大概了解了它为什么叫做选择排序了吧?反正我的老师没有这么给我讲过,接下来我们加一个限制,假设一开始5个苹果就放在排成一行的盘子中,首先还是选择一个最小的,我用我敏锐的目光发现第3个苹果是5个中最小的,然后怎么做?我想把它放在开头的位置,可是那个盘子里已经有一个苹果了,怎么办?我就左手拿起第1个盘子里的苹果,右手拿起第3个盘子里的苹果这么一交换,就实现了我的目的,然后从后4个盘子中选择出最小的苹果和第2个盘子里的苹果交换,继续从后3个盘子中选择出最小的苹果和第3个盘子里的苹果交换,接着从后2个盘子中选择出最小的苹果和第4个盘子里的苹果交换,最后一个盘子里的苹果就不用换了,它都被换完了,肯定是最大的了……

其实在上述操作中,我们可能会遇到这种情况,比如一开始这5个苹果放在盘子中,我发现第1个苹果就是5个苹果中最小的,那怎么办?——我说你是不是傻了?那不正好吗!这个苹果还省得换了呢。其实在后面的操作中也可能遇到这种情况,我们只要注意就好。

在实际操作中我们还有一个问题需要解决,那就是在几个苹果中找到最小的,你说说是怎么找的?你别告诉我一眼就看出来了,那我会送一吨苹果让你一眼给我挑出个最小的,看看你还能不能一眼看出来!如果不是一眼看出来的,那么我们究竟是怎样从5个苹果中选择出了最小的1个苹果呢?实际上在这个过程中我们做了4次比较,首先我们会假定我们看到的第1个苹果是最小,然后那这个苹果依次和剩下的4个苹果进行比较,如果发现在比较过程中还有更小的苹果,那么我们会记下它的位置,接下来会拿这个更小的苹果跟剩下的苹果比较(也就是说,此时最小的苹果的候选位置发生了变化),直到比较到最后一个苹果,那么我们最后一个候选选项就是此轮比较过程的最终胜出者,其实也就是最小的。

大家可以想想是不是这么一回事,可能在数量少的时候还不明显,但是数量一增多,你就会发现,你确实就是这样找最小的苹果,当然了在实际生活中我们可能不会按排成一行顺序比较,很可能苹果是排成一堆的,也可能乱七八糟的散落一地,但是选择的方法还是一致的,也是有一定顺序的,只是我们没有摆的那么明显而已,如果不是按照某个顺序把所有的苹果比较一遍,那么很抱歉,你极有可能选择了错误的苹果。

看到这里我们来总结一下我们是怎样把5个苹果按从小到大的顺序排成一行的,总的来说我们每次都挑选剩下苹果中最小的1个,然后依次排放,其实我们一共挑选了4次,咦?这个在程序中好像是一个循环遍历就能实现,好像只需要遍历n-1次。再来看每次挑选,我们拿着剩余的m个苹果中的1个,然后和剩余的m-1个苹果依次比较大小,选出此轮最小的苹果,咦?怎么每轮挑选好像也是一个循环遍历啊?只需要遍历m-1次既可以了。

讲到这里我们需要从苹果的身上回到程序中来了,通过上面的分析,你发现的没错,选择排序的主程序就是一个循环套着另一个循环,对于n个苹果,外层循环表示一共需要挑选n-1轮最小的苹果,对于每一轮假设没排序的苹果还有m个,那么我只需要拿着其中的一个和剩余的m-1个苹果比较找到最小的就行,也就是内层循环表示需要比较m-1次就行,然后依照思路实现代码即可。

代码实现

代码君被我压制了这么久,已经迫不及待的想要出来和大伙见面了,下面有请代码出场:

/*
功能:  选择排序,实现数组元素从小到大排列
参数:  array--表示待排序的数组,此处会退化成指针
        count--数组元素的个数
返回值:无
注意:  只用来表示思路,不考虑指针为空等特殊情况
*/
void select_sort(int array[], int count)
{
    for (int target_index = 0; target_index < count - 1; ++target_index)
    {
        int min_value_index = target_index;
        for (int scope_index = target_index + 1; scope_index < count; ++scope_index)
        {
            if (array[scope_index] < array[min_value_index])
            {
                min_value_index = scope_index;
            }
        }

        if (min_value_index != target_index)
        {
            swap_data(&array[target_index], &array[min_value_index]);    // 交换数据
        }
    }
}

/*
功能:  交换两个变量
参数:  element1--被交换的第一个元素的地址
        element2--被交换的第二个元素的地址
返回值:无
注意:  只用来表示思路,不考虑指针为空等特殊情况
*/
void swap_data(int* element1, int* element2)
{
    int middle_value = *element1;
    *element1 = *element2;
    *element2 = middle_value;
}

相信你如果理解了前面苹果的问题,应该很容易看懂代码的含义,有什么不清楚的地方,也欢迎你提出自己的疑问,当然如果觉得我理解的有问题或者代码有错,也欢迎大家批评指正。

运行测试

选择排序–源码

如果你想运行测试一下,可以复制或者下载源代码,在本机运行测试一下,当然也可以选择在线编辑器运行查看结果,要是你想看具体的排序过程可以使用select_sort_for_explain()函数代替select_sort()函数编译执行,就可以看到详细的运行结果。

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