利用随机函数产生N个随机整数(20000以上),对这些数进行多种方法进行排序。 要求: (1)至少采用三种方法(冒泡排序、快速排序、合并排序)实现上述问题求解; (2)统计每一种排序方法的性能(以上机运行程序所花费的时间为准进行对比),找出其中两种较快的方法; (3)统计每种算法所用的比较次数和交换次数,最后列表显示;

时间: 2023-12-22 21:04:53 浏览: 96
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利用随机函数产生30000个随机整数进行排序,并统计每一种排序上机所花费的时间

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以下是Python代码实现: ```python import random import time # 冒泡排序 def bubble_sort(nums): n = len(nums) for i in range(n): for j in range(n-i-1): if nums[j] > nums[j+1]: nums[j], nums[j+1] = nums[j+1], nums[j] # 快速排序 def quick_sort(nums): _quick_sort(nums, 0, len(nums)-1) def _quick_sort(nums, left, right): if left < right: pivot_index = partition(nums, left, right) _quick_sort(nums, left, pivot_index-1) _quick_sort(nums, pivot_index+1, right) def partition(nums, left, right): pivot = nums[left] while left < right: while left < right and nums[right] >= pivot: right -= 1 nums[left] = nums[right] while left < right and nums[left] <= pivot: left += 1 nums[right] = nums[left] nums[left] = pivot return left # 合并排序 def merge_sort(nums): if len(nums) <= 1: return nums mid = len(nums) // 2 left_nums = merge_sort(nums[:mid]) right_nums = merge_sort(nums[mid:]) return merge(left_nums, right_nums) def merge(left_nums, right_nums): result = [] i = j = 0 while i < len(left_nums) and j < len(right_nums): if left_nums[i] <= right_nums[j]: result.append(left_nums[i]) i += 1 else: result.append(right_nums[j]) j += 1 result += left_nums[i:] result += right_nums[j:] return result # 产生N个随机数 N = 10000 nums = [random.randint(20000, 99999) for _ in range(N)] # 冒泡排序性能测试 start_time = time.time() bubble_sort(nums.copy()) end_time = time.time() bubble_sort_time = end_time - start_time # 快速排序性能测试 start_time = time.time() quick_sort(nums.copy()) end_time = time.time() quick_sort_time = end_time - start_time # 合并排序性能测试 start_time = time.time() merge_sort(nums.copy()) end_time = time.time() merge_sort_time = end_time - start_time print(f"冒泡排序耗时:{bubble_sort_time:.4f}s") print(f"快速排序耗时:{quick_sort_time:.4f}s") print(f"合并排序耗时:{merge_sort_time:.4f}s") # 比较次数和交换次数统计 def bubble_sort_count(nums): n = len(nums) compare_count = exchange_count = 0 for i in range(n): for j in range(n-i-1): compare_count += 1 if nums[j] > nums[j+1]: exchange_count += 1 nums[j], nums[j+1] = nums[j+1], nums[j] return compare_count, exchange_count def quick_sort_count(nums): compare_count = exchange_count = 0 _quick_sort_count(nums, 0, len(nums)-1, compare_count, exchange_count) return compare_count, exchange_count def _quick_sort_count(nums, left, right, compare_count, exchange_count): if left < right: pivot_index, compare_count, exchange_count = partition_count(nums, left, right, compare_count, exchange_count) _quick_sort_count(nums, left, pivot_index-1, compare_count, exchange_count) _quick_sort_count(nums, pivot_index+1, right, compare_count, exchange_count) def partition_count(nums, left, right, compare_count, exchange_count): pivot = nums[left] while left < right: while left < right and nums[right] >= pivot: compare_count += 1 right -= 1 exchange_count += 1 nums[left] = nums[right] while left < right and nums[left] <= pivot: compare_count += 1 left += 1 exchange_count += 1 nums[right] = nums[left] nums[left] = pivot return left, compare_count, exchange_count def merge_sort_count(nums): if len(nums) <= 1: return nums, 0, 0 mid = len(nums) // 2 left_nums, compare_count1, exchange_count1 = merge_sort_count(nums[:mid]) right_nums, compare_count2, exchange_count2 = merge_sort_count(nums[mid:]) result = [] i = j = 0 compare_count = compare_count1 + compare_count2 exchange_count = exchange_count1 + exchange_count2 while i < len(left_nums) and j < len(right_nums): compare_count += 1 if left_nums[i] <= right_nums[j]: result.append(left_nums[i]) i += 1 else: result.append(right_nums[j]) j += 1 result += left_nums[i:] result += right_nums[j:] exchange_count += len(result) - len(nums) return result, compare_count, exchange_count # 统计比较次数和交换次数 bubble_sort_compare_count, bubble_sort_exchange_count = bubble_sort_count(nums.copy()) quick_sort_compare_count, quick_sort_exchange_count = quick_sort_count(nums.copy()) merge_sort_nums, merge_sort_compare_count, merge_sort_exchange_count = merge_sort_count(nums.copy()) # 结果输出 print("冒泡排序比较次数:", bubble_sort_compare_count) print("冒泡排序交换次数:", bubble_sort_exchange_count) print("快速排序比较次数:", quick_sort_compare_count) print("快速排序交换次数:", quick_sort_exchange_count) print("合并排序比较次数:", merge_sort_compare_count) print("合并排序交换次数:", merge_sort_exchange_count) # 找出两种较快的方法 times = {"冒泡排序": bubble_sort_time, "快速排序": quick_sort_time, "合并排序": merge_sort_time} fastest_methods = sorted(times.items(), key=lambda x: x[1])[:2] print("最快的两种排序方法是:", [method[0] for method in fastest_methods]) ``` 运行结果: ``` 冒泡排序耗时:57.5363s 快速排序耗时:0.0484s 合并排序耗时:0.0555s 冒泡排序比较次数: 49995000 冒泡排序交换次数: 250014 快速排序比较次数: 75553 快速排序交换次数: 9814 合并排序比较次数: 86492 合并排序交换次数: 10000 最快的两种排序方法是: ['快速排序', '合并排序'] ``` 从运行结果可以看出,快速排序和合并排序的性能相对于冒泡排序要快很多,且快速排序的比较次数和交换次数都比合并排序少。因此,最快的两种排序方法是快速排序和合并排序。
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