分别实现直接插入排序、希尔排序、冒泡排序、快速排序算法； 测试数据：随机生成5组整数数据，长度1000； 要求：各个算法运行5次以上，求取平均排序时长，进行排序时长对比；用C++写

好的，我会为您介绍这四种排序算法的实现，并为您提供 C++ 代码。以下是每种算法的介绍和实现：

1. 直接插入排序
直接插入排序是一种简单的排序算法，它的基本思想是将一个待排序的数列分成已排序和未排序两部分，每次从未排序的部分中取出一个元素插入到已排序的部分中，直到全部元素都有序排列。

C++ 代码实现：

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

2. 希尔排序
希尔排序是一种改进的插入排序，它通过将待排序的数列分成几个子序列来进行排序，每个子序列都采用插入排序进行排序，不过子序列的选择是有一定规律的，这样可以使得整个数列在排序过程中逐渐变得有序。

C++ 代码实现：

void shellSort(int arr[], int n){
    for (int gap = n/2; gap > 0; gap /= 2){
        for (int i = gap; i < n; i += 1){
            int temp = arr[i];
            int j;
            for (j = i; j >= gap && arr[j - gap] > temp; j -= gap)
                arr[j] = arr[j - gap];
            arr[j] = temp;
        }
    }
}

3. 冒泡排序
冒泡排序是一种简单的排序算法，它通过不断地比较相邻的两个元素并交换位置来进行排序，每次排序将待排序的数列中最大的元素移动到数列的末尾。

C++ 代码实现：

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

4. 快速排序
快速排序是一种高效的排序算法，它通过选择一个基准元素，将待排序的数列分成两部分，一部分小于基准元素，另一部分大于基准元素，然后对这两部分分别进行快速排序，直到整个数列有序排列。

C++ 代码实现：

int partition(int arr[], int low, int high){
    int pivot = arr[high];
    int i = (low - 1);
    for (int j = low; j <= high - 1; j++){
        if (arr[j] < pivot){
            i++;
            swap(arr[i], arr[j]);
        }
    }
    swap(arr[i + 1], arr[high]);
    return (i + 1);
}

void quickSort(int arr[], int low, int high){
    if (low < high){
        int pi = partition(arr, low, high);
        quickSort(arr, low, pi - 1);
        quickSort(arr, pi + 1, high);
    }
}

接下来是测试代码，其中对每种算法运行 5 次，然后计算平均运行时间：

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <random>
using namespace std;

// 生成随机数
void generateRandom(int arr[], int n){
    random_device rd;
    mt19937 eng(rd());
    uniform_int_distribution<> range(0, 10000);

    for (int i = 0; i < n; i++){
        arr[i] = range(eng);
    }
}

int main(){
    int n = 1000;
    int arr[n];

    // 直接插入排序
    double avgTime = 0;
    for (int i = 0; i < 5; i++){
        generateRandom(arr, n);
        auto start = chrono::steady_clock::now();
        insertionSort(arr, n);
        auto end = chrono::steady_clock::now();
        auto diff = end - start;
        avgTime += chrono::duration <double, milli> (diff).count();
    }
    avgTime /= 5;
    cout << "直接插入排序的平均时间为：" << avgTime << "ms" << endl;

    // 希尔排序
    avgTime = 0;
    for (int i = 0; i < 5; i++){
        generateRandom(arr, n);
        auto start = chrono::steady_clock::now();
        shellSort(arr, n);
        auto end = chrono::steady_clock::now();
        auto diff = end - start;
        avgTime += chrono::duration <double, milli> (diff).count();
    }
    avgTime /= 5;
    cout << "希尔排序的平均时间为：" << avgTime << "ms" << endl;

    // 冒泡排序
    avgTime = 0;
    for (int i = 0; i < 5; i++){
        generateRandom(arr, n);
        auto start = chrono::steady_clock::now();
        bubbleSort(arr, n);
        auto end = chrono::steady_clock::now();
        auto diff = end - start;
        avgTime += chrono::duration <double, milli> (diff).count();
    }
    avgTime /= 5;
    cout << "冒泡排序的平均时间为：" << avgTime << "ms" << endl;

    // 快速排序
    avgTime = 0;
    for (int i = 0; i < 5; i++){
        generateRandom(arr, n);
        auto start = chrono::steady_clock::now();
        quickSort(arr, 0, n-1);
        auto end = chrono::steady_clock::now();
        auto diff = end - start;
        avgTime += chrono::duration <double, milli> (diff).count();
    }
    avgTime /= 5;
    cout << "快速排序的平均时间为：" << avgTime << "ms" << endl;

    return 0;
}

希望这份代码能够满足您的需求！