采用随机函数随机生成十、百、万、百万4个量级的数据集,分别采用大纲要求的8个算法进行排序;对各个数据集(排序前后共8个数据集)进行指定关键字的顺序和折半查找;对算法运行时间进行统计分析,建议采用图、表来展示实验结果。

时间: 2023-11-27 16:51:24 浏览: 105
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数据结构实验:八个排序算法的实现与比较

好的,这是一个比较复杂的任务,需要编写代码来实现。以下是一个示例代码,可以生成4个不同量级的随机数据集并使用8个算法进行排序,然后进行关键字的顺序和折半查找,并统计算法运行时间,并使用图表展示结果。 ```python import random import time import matplotlib.pyplot as plt # 生成随机数据集 def generate_dataset(n): return [random.randint(0, 1000000) for i in range(n)] # 冒泡排序 def bubble_sort(arr): n = len(arr) for i in range(n): for j in range(n-i-1): if arr[j] > arr[j+1]: arr[j], arr[j+1] = arr[j+1], arr[j] return arr # 选择排序 def selection_sort(arr): n = len(arr) for i in range(n): min_index = i for j in range(i+1, n): if arr[j] < arr[min_index]: min_index = j arr[i], arr[min_index] = arr[min_index], arr[i] return arr # 插入排序 def insertion_sort(arr): n = len(arr) for i in range(1, n): key = arr[i] j = i - 1 while j >= 0 and arr[j] > key: arr[j+1] = arr[j] j -= 1 arr[j+1] = key return arr # 希尔排序 def shell_sort(arr): n = len(arr) gap = n // 2 while gap > 0: for i in range(gap, n): key = arr[i] j = i - gap while j >= 0 and arr[j] > key: arr[j+gap] = arr[j] j -= gap arr[j+gap] = key gap = gap // 2 return arr # 归并排序 def merge_sort(arr): if len(arr) <= 1: return arr mid = len(arr) // 2 left = merge_sort(arr[:mid]) right = merge_sort(arr[mid:]) return merge(left, right) def merge(left, right): result = [] i = 0 j = 0 while i < len(left) and j < len(right): if left[i] < right[j]: result.append(left[i]) i += 1 else: result.append(right[j]) j += 1 result += left[i:] result += right[j:] return result # 快速排序 def quick_sort(arr): if len(arr) <= 1: return arr pivot = arr[len(arr)//2] left = [x for x in arr if x < pivot] middle = [x for x in arr if x == pivot] right = [x for x in arr if x > pivot] return quick_sort(left) + middle + quick_sort(right) # 堆排序 def heap_sort(arr): n = len(arr) for i in range(n//2-1, -1, -1): heapify(arr, n, i) for i in range(n-1, 0, -1): arr[0], arr[i] = arr[i], arr[0] heapify(arr, i, 0) return arr def heapify(arr, n, i): largest = i l = 2*i + 1 r = 2*i + 2 if l < n and arr[l] > arr[largest]: largest = l if r < n and arr[r] > arr[largest]: largest = r if largest != i: arr[i], arr[largest] = arr[largest], arr[i] heapify(arr, n, largest) # 计数排序 def counting_sort(arr): n = len(arr) output = [0] * n count = [0] * 1000001 for i in range(n): count[arr[i]] += 1 for i in range(1, 1000001): count[i] += count[i-1] for i in range(n-1, -1, -1): output[count[arr[i]]-1] = arr[i] count[arr[i]] -= 1 return output # 生成4个不同量级的随机数据集 datasets = [] for n in [10, 100, 1000, 1000000]: datasets.append(generate_dataset(n)) # 8个排序算法 sort_algorithms = [ ("Bubble Sort", bubble_sort), ("Selection Sort", selection_sort), ("Insertion Sort", insertion_sort), ("Shell Sort", shell_sort), ("Merge Sort", merge_sort), ("Quick Sort", quick_sort), ("Heap Sort", heap_sort), ("Counting Sort", counting_sort) ] # 对每个数据集进行排序并记录时间 sorting_times = [] for dataset in datasets: times = [] for name, algorithm in sort_algorithms: start_time = time.time() sorted_arr = algorithm(dataset) end_time = time.time() time_taken = end_time - start_time times.append(time_taken) sorting_times.append(times) # 对排序后的数据集进行顺序和折半查找并记录时间 searching_times = [] for sorted_dataset in sorting_times: times = [] for i in range(10): key = random.randint(0, 1000000) start_time = time.time() index = sorted_dataset[0].index(key) end_time = time.time() time_taken = end_time - start_time times.append(time_taken) start_time = time.time() index = binary_search(sorted_dataset[0], key) end_time = time.time() time_taken = end_time - start_time times.append(time_taken) searching_times.append(times) # 计算平均时间 avg_sorting_times = [sum(x)/len(x) for x in sorting_times] avg_searching_times = [sum(x)/len(x) for x in searching_times] # 绘制图表 plt.figure(figsize=(10, 6)) # 排序时间 plt.subplot(2, 1, 1) plt.plot([10, 100, 1000, 1000000], avg_sorting_times, '-o') plt.title("Sorting Time") plt.xlabel("Data Size") plt.ylabel("Time (s)") # 查找时间 plt.subplot(2, 1, 2) plt.plot([10, 100, 1000, 1000000], avg_searching_times, '-o') plt.title("Searching Time") plt.xlabel("Data Size") plt.ylabel("Time (s)") plt.tight_layout() plt.show() ``` 这个代码会生成4个不同量级的随机数据集,然后使用8个排序算法进行排序,并记录每个算法的运行时间。然后对每个排序后的数据集进行顺序和折半查找,并记录每个算法的运行时间。最后计算平均时间,并使用图表展示实验结果。
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