课程设计报告---排序算法的实现与比较

《数据结构》课程设计实验报告
题目：排序算法的实现与比较
目录
一．设计内容和要求----------------------------------2 二．算法思想-------------------------------------------2 三．程序结构-------------------------------------------3 四．使用说明-------------------------------------------4 五．测试结果-------------------------------------------5 六．收获与体会----------------------------------------6
一．设计内容和要求
设计内容：排序算法的实现与比较
要求：编程实现希尔、快速、堆排序、归并排序算法，并利用程序统计每种算法的执行时间。

要求随机产生10000、50000、100000、200000个待排数据存入磁盘文件，从磁盘文件读入待排数据进行排序，并将排序结果写入另一个文件中。

二．算法思想
在本课题中，对常见的4 中排序算法希尔、快速、堆排序、归并排序进行实现，并根据待排数据个数的不同来对各种排序算法的执行时间进行比较，从而比较出在不同的情况下各排序算法的性能。

1.希尔排序
希尔排序是对直接插入排序的一种改进，它的基本思想是：
先将整个待排序记录序列分割成若干个子序列，在子序列内分别进行直接插入排序，待整个序列基本有序时，再对全体记录进行一次直接插入排序。

2.快速排序
快速排序是对气泡排序的一种改进，其基本思想是：首先选
一个轴值（即比较的基准），将待排序记录分割成独立的两部分，左侧记录的关键码均小于或等于轴值，右侧记录的关键码均大于或等于轴值，然后分别对这两部分重复上述过程，直到整个序列有序。

3.堆排序
堆排序是简单选择排序的一种改进，其基本思想是：首先将待
排序的记录序列构造成一个堆，此时，选出了堆中所有记录的最大值即堆顶
记录，然后将它从堆中移走（通常将堆顶记录和堆中最后一个记录交换），并将剩余的记录再调整成堆，这样又找出了次大的记录，依此类推，直到堆中只有一个记录。

4.归并排序
归并排序是一种借助“归并”进行排序的方法，其主要思想是：将若干有序序列逐步归并，最终归并为一个有序序列。

5.计时函数
计时函数使用了Windows API 函数QueryPerformanceFrequency 和QueryPerformanceCounter 来实现毫秒级的计时功能。

该函数接受一个指向函数的指针参数，用于在两次查询机器内部计时器的计插入所需要被计时的代码，再降两次查询之差除以CPU 时钟频率即可得到事件执行的精确时间。

三．程序结构
说明：本程序由main.cpp,sort.h和operate.h三部分组成。

sort.h头文件中实现了希尔，快速，堆排序，归并排序；operate.h头文件中有随机产生待排数据，将数据写入文件，从文件读数据，计时，输出执行时间的函数；main.cpp主函数调用头文件里的函数。

文件函数关系表
四．使用说明
运行程序，可以看到如下：
浏览完说明之后，会出现：
按照步骤，依次执行程序，在按下了1之后，会出现：
在前几步程序执行完了之后，按下3，会出现：
程序显示出每种排序算法的执行时间。

一次程序执行完之后，可循环执行这个程序。

五．测试结果
基本符合题目要求，程序能够实现希尔快速堆排序归并排序四中排序算法，并能够统计每种排序算法的执行时间。

此外，能够随机产生待排数据，存入文件，从磁盘文件读入待排数据进行排序，并能将排序结果存入另一个文件中。

在随机产生的待排数据为10000时，算法的执行时间分别如下：
在随机产生的待排数据个数为50000个时：
在随机产生的待排数据个数为100000个时：
在随机产生的待排数据个数为200000个时：
下面是排序算法执行时间与待排数据关系表：
不同个数的随机产生的待排数据的4种排序算法的执行时间相差不是很大，在待排数据的个数是10000的时候，排序的执行时间不是很长，都是在5ms左右，在待排数据个数变多时，很明显，希尔，堆排序比快速和归并排序的执行时间稍微长一点，但是，希尔和堆排序的执行时间相差不大。

六．收获与体会
通过这次的课程设计，加深了我对希尔，快速，堆，归并排序算法的了解，并通过执行时间了解到这四种算法的性能。

但是，在程序的实现过程中还存在一些问题，随机产生待排数据的时候，先把数据存放在数组中，然后再存入到文件中，这中间浪费了内存空间，在数据量很大的时候，其中的执行时间是可以感觉得到的。