随机产生300个整数构成的序列，分别以直接插入、冒泡、希尔、快速、归并等排序算法排序，并统计各自的比较次数。用C语言实现

以下是用C语言实现的排序算法及比较次数统计：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int insertionSort(int arr[], int n) {
    int cmp_cnt = 0;
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        int tmp = arr[i];
        int j = i - 1;
        while (j >= 0 && arr[j] > tmp) {
            arr[j + 1] = arr[j];
            j--;
            cmp_cnt++;
        }
        arr[j + 1] = tmp;
    }
    return cmp_cnt;
}

int bubbleSort(int arr[], int n) {
    int cmp_cnt = 0;
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                int tmp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = tmp;
                cmp_cnt++;
            }
        }
    }
    return cmp_cnt;
}

int shellSort(int arr[], int n) {
    int cmp_cnt = 0;
    int gap = n / 2;
    while (gap > 0) {
        for (int i = gap; i < n; i++) {
            int tmp = arr[i];
            int j = i - gap;
            while (j >= 0 && arr[j] > tmp) {
                arr[j + gap] = arr[j];
                j -= gap;
                cmp_cnt++;
            }
            arr[j + gap] = tmp;
        }
        gap /= 2;
    }
    return cmp_cnt;
}

int quickSort(int arr[], int left, int right) {
    int cmp_cnt = 0;
    if (left < right) {
        int pivot = arr[left];
        int i = left, j = right;
        while (i < j) {
            while (i < j && arr[j] >= pivot) {
                j--;
                cmp_cnt++;
            }
            if (i < j) {
                arr[i] = arr[j];
                i++;
            }
            while (i < j && arr[i] < pivot) {
                i++;
                cmp_cnt++;
            }
            if (i < j) {
                arr[j] = arr[i];
                j--;
            }
        }
        arr[i] = pivot;
        cmp_cnt += quickSort(arr, left, i - 1);
        cmp_cnt += quickSort(arr, i + 1, right);
    }
    return cmp_cnt;
}

void merge(int arr[], int left, int mid, int right, int tmp[]) {
    int i = left, j = mid + 1, k = 0;
    while (i <= mid && j <= right) {
        if (arr[i] <= arr[j]) {
            tmp[k++] = arr[i++];
        } else {
            tmp[k++] = arr[j++];
        }
    }
    while (i <= mid) {
        tmp[k++] = arr[i++];
    }
    while (j <= right) {
        tmp[k++] = arr[j++];
    }
    for (i = 0; i < k; i++) {
        arr[left + i] = tmp[i];
    }
}

int mergeSort(int arr[], int left, int right, int tmp[]) {
    int cmp_cnt = 0;
    if (left < right) {
        int mid = (left + right) / 2;
        cmp_cnt += mergeSort(arr, left, mid, tmp);
        cmp_cnt += mergeSort(arr, mid + 1, right, tmp);
        merge(arr, left, mid, right, tmp);
    }
    return cmp_cnt;
}

int main() {
    srand(time(NULL));
    int n = 300;
    int arr[n], tmp[n];
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = rand();
    }
    int cmp_cnt;

    // 直接插入排序
    printf("直接插入排序：\n");
    cmp_cnt = insertionSort(arr, n);
    printf("比较次数：%d\n", cmp_cnt);

    // 冒泡排序
    printf("冒泡排序：\n");
    cmp_cnt = bubbleSort(arr, n);
    printf("比较次数：%d\n", cmp_cnt);

    // 希尔排序
    printf("希尔排序：\n");
    cmp_cnt = shellSort(arr, n);
    printf("比较次数：%d\n", cmp_cnt);

    // 快速排序
    printf("快速排序：\n");
    cmp_cnt = quickSort(arr, 0, n - 1);
    printf("比较次数：%d\n", cmp_cnt);

    // 归并排序
    printf("归并排序：\n");
    cmp_cnt = mergeSort(arr, 0, n - 1, tmp);
    printf("比较次数：%d\n", cmp_cnt);

    return 0;
}

以上代码中，首先生成了一个由300个随机整数构成的数组，并分别用直接插入、冒泡、希尔、快速、归并等排序算法对这个数组进行排序，并统计比较次数。其中，直接插入排序、冒泡排序、希尔排序、快速排序、归并排序的时间复杂度分别为O(n^2)、O(n^2)、O(n^(3/2))、O(nlogn)、O(nlogn)。