归并排序与快速排序平均时间之比较 (C++)

实验名称：归并排序与快速排序平均时间之比较 （验证型实验）

实验目标：

（1）通过实验比较归并排序与快速排序算法在平均情况下哪一个更快。

（2）加深对时间复杂度概念的理解。

实验任务：

（1）用C/C++语言编程实现归并排序算法6.3和快速排序算法6.6。对于快速排序，SPLIT中的划分元素采用三者A(low)，A(high)，A((low+high)/2)中其值居中者。

（2）随机产生20组数据（比如n=5000i，1≤i≤20）。数据均属于范围（0，105）内的整数。对于同一组数据，运行快速排序和归并排序算法，并记录各自的运行时间（以毫秒为单位）。

（3）根据实验数据及其结果来比较快速排序和归并排序算法的平均时间，并得出结论。

实验设备及环境：

PC；C/C++等编程语言。

实验主要步骤：

(1) 明确实验目标和具体任务；

(2) 理解实验所涉及的两个分类算法；

(3) 编写程序实现两个分类算法；

(4) 设计实验数据并运行程序、记录运行的结果；

(5) 根据实验数据及其结果得出结论；

一、代码：

1.快速排序

int Split(int a[],int low,int high) {
    int i=low,temp;
    if(a[low]< a[(low+high)/2]) {
        if(a[low]<a[high]) {
            if(a[(low+high)/2]<a[high]) {
                temp= a[(low+high)/2];
                a[(low+high)/2]=a[low];
                a[low]=temp;
            }
            else {
                temp=a[high];
                a[high]=a[low];
                a[low]=temp;
            }
        }
    }
    else {
        if(a[(low+high)/2]<a[high]) {
            if(a[low]>a[high]) {
                temp=a[high];
                a[high]=a[low];
                a[low]=temp;
            }
        }
        else {
            temp= a[(low+high)/2];
            a[(low+high)/2]=a[low];
            a[low]=temp;
        }
    }
    for(int j=low+1;j<=high;j++) {
        if(a[j]<a[low]) {
            i++;
            if(i!=j) {
                temp=a[i];
                a[i]=a[j];
                a[j]=temp;
            }
        }
    }
    temp=a[i];
    a[i]=a[low];
    a[low]=temp;
    return i;
}

void QuickSort(int a[],int low,int high) {
    if(low<high) {
        int w=Split(a,low,high);
        QuickSort(a,low,w-1);
        QuickSort(a,w+1,high);
    }
}

2.归并排序

void merge(int a[],int first,int mid,int end,int c[]) {
    int pbotton=first;
    int f=first,m=mid;
    while(f<mid&&m<=end)
        if(a[f]<a[m])
            c[pbotton++]=a[f++];
        else
            c[pbotton++]=a[m++];
    if(f==mid)
        while(m<=end)
            c[pbotton++]=a[m++];
    else
        while(f<mid)
            c[pbotton++]=a[f++];
    for(int i=first;i<=end;i++)
        a[i]=c[i];
}

void mergeSort(int a[],int low,int high,int c[]) {
    if(low<high) {
        mergeSort(a,low,(low+high)/2,c);
        mergeSort(a,(low+high)/2+1,high,c);
        merge(a,low,(low+high)/2+1,high,c);
    }
}

3.主函数

int main() {
    int random=5000,j=1;
    int*merge_array,*quick_array,*c;
    clock_t start,end,start1,end1;
    srand((int((NULL))));
    cout<<"随机数数量\t归并排序时间\t快速排序算法时间"<<endl;
    while(j<=20) {
        merge_array=new int[random*j];
        quick_array=new int[random*j];
        c=new int [random*j];
        for(int i=0;i<random*j;i++) {
            merge_array[i]=rand();
            quick_array[i]=merge_array[i];
        }
        start=clock();
        mergeSort(merge_array,0,random*j-1,c);
        end=clock();
        delete []merge_array;
        start1=clock();
        QuickSort(quick_array,0,random*j-1);
        end1=clock();
        delete []quick_array;
        delete []c;
        cout<<random*j<<"\t\t"<<static_cast<double>(end-start)/CLOCKS_PER_SEC*1000<<"ms\t\t";
        cout<<static_cast<double>(end1-start1)/CLOCKS_PER_SEC*1000<<"ms"<<endl;
        j++;
    }
    return 0;
}

二、实验过程和实验结果分析

截图如下

采用的是让程序产生随机数进行排序的方法。随机产生20组0到100的数（random=5000i，1≤i≤20）。对于同一组数据，运行快速排序和归并排序算法。

由三次程序运行结果可以看出，当随机数数量较少的时候，归并排序和快速排序的时间差别不大，当数量逐渐增多时候，排序的时间差别开始增大，且快速排序时间少于归并排序时间。

由此可以推测出，快速排序在数据较多时比归并排序更为高效。

归并排序与快速排序平均时间之比较 (C++)

猜你喜欢