Linux C++如何实现高效的排序算法

在Linux环境下使用C++实现高效的排序算法，通常会选择标准库中的std::sort函数，因为它已经针对多种情况进行了优化。然而，如果你想了解如何手动实现一些基本的排序算法，或者对特定情况进行优化，以下是一些常见的排序算法及其在C++中的实现示例：

1. std::sort

std::sort是C++标准库中的一个高效排序函数，通常基于快速排序（QuickSort），并结合了插入排序（InsertionSort）和堆排序（HeapSort）以保证最坏情况下的性能。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

int main() {
    std::vector<int> vec = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5};
    std::sort(vec.begin(), vec.end());

    for (int num : vec) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

2. 快速排序（QuickSort）

快速排序是一种分治算法，通过选择一个基准元素将数组分成两个子数组，然后递归地对子数组进行排序。

#include <iostream>
#include <vector>

void quickSort(std::vector<int>& arr, int low, int high) {
    if (low < high) {
        int pivot = arr[high];
        int i = low - 1;

        for (int j = low; j < high; ++j) {
            if (arr[j] < pivot) {
                ++i;
                std::swap(arr[i], arr[j]);
            }
        }

        std::swap(arr[i + 1], arr[high]);
        int pi = i + 1;

        quickSort(arr, low, pi - 1);
        quickSort(arr, pi + 1, high);
    }
}

int main() {
    std::vector<int> vec = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5};
    quickSort(vec, 0, vec.size() - 1);

    for (int num : vec) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

3. 归并排序（MergeSort）

归并排序也是一种分治算法，通过递归地将数组分成两半，分别排序后再合并。

#include <iostream>
#include <vector>

void merge(std::vector<int>& arr, int l, int m, int r) {
    int n1 = m - l + 1;
    int n2 = r - m;

    std::vector<int> L(n1), R(n2);

    for (int i = 0; i < n1; ++i)
        L[i] = arr[l + i];
    for (int j = 0; j < n2; ++j)
        R[j] = arr[m + 1 + j];

    int i = 0, j = 0, k = l;

    while (i < n1 && j < n2) {
        if (L[i] <= R[j]) {
            arr[k] = L[i];
            ++i;
        } else {
            arr[k] = R[j];
            ++j;
        }
        ++k;
    }

    while (i < n1) {
        arr[k] = L[i];
        ++i;
        ++k;
    }

    while (j < n2) {
        arr[k] = R[j];
        ++j;
        ++k;
    }
}

void mergeSort(std::vector<int>& arr, int l, int r) {
    if (l < r) {
        int m = l + (r - l) / 2;

        mergeSort(arr, l, m);
        mergeSort(arr, m + 1, r);

        merge(arr, l, m, r);
    }
}

int main() {
    std::vector<int> vec = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5};
    mergeSort(vec, 0, vec.size() - 1);

    for (int num : vec) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

4. 堆排序（HeapSort）

堆排序利用堆这种数据结构进行排序，首先构建一个最大堆，然后逐步将最大元素移到数组末尾。

#include <iostream>
#include <vector>

void heapify(std::vector<int>& arr, int n, int i) {
    int largest = i;
    int l = 2 * i + 1;
    int r = 2 * i + 2;

    if (l < n && arr[l] > arr[largest])
        largest = l;

    if (r < n && arr[r] > arr[largest])
        largest = r;

    if (largest != i) {
        std::swap(arr[i], arr[largest]);
        heapify(arr, n, largest);
    }
}

void heapSort(std::vector<int>& arr) {
    int n = arr.size();

    for (int i = n / 2 - 1; i >= 0; --i)
        heapify(arr, n, i);

    for (int i = n - 1; i > 0; --i) {
        std::swap(arr[0], arr[i]);
        heapify(arr, i, 0);
    }
}

int main() {
    std::vector<int> vec = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5};
    heapSort(vec);

    for (int num : vec) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

总结

• std::sort：最推荐使用，因为它已经针对多种情况进行了优化。
• 快速排序：适用于大多数情况，但在最坏情况下性能较差。
• 归并排序：稳定且时间复杂度始终为O(n log n)，但需要额外的空间。
• 堆排序：时间复杂度为O(n log n)，不需要额外空间，但不稳定。

根据具体需求选择合适的排序算法，可以在Linux环境下使用C++实现高效的排序。