C++中怎么實現(xiàn)鏈表的排序算法

本篇內(nèi)容主要講解“C++中怎么實現(xiàn)鏈表的排序算法”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實用性強。下面就讓小編來帶大家學(xué)習(xí)“C++中怎么實現(xiàn)鏈表的排序算法”吧!

一、鏈表排序

最簡單、直接的方式（直接采用冒泡或者選擇排序，而且不是交換結(jié)點，只交換數(shù)據(jù)域）

//線性表的排序,采用冒泡排序,直接遍歷鏈表
void Listsort(Node* & head) {
    int i = 0;
    int j = 0;
    //用于變量鏈表
    Node * L = head;
    //作為一個臨時量
    Node * p;
    Node * p1;
    //如果鏈表為空直接返回
    if (head->value == 0)return;

    for (i = 0; i < head->value - 1; i++) {
        L = head->next;
        for (j = 0; j < head->value - i - 1; j++) {
            //得到兩個值
            p = L;
            p1 = L->next;
            //如果前面的那個比后面的那個大，就交換它們之間的是數(shù)據(jù)域
            if (p->value > p1->value) {
                Elemtype temp = p->value;
                p->value = p1->value;
                p1->value = temp;
            }
            L = L->next;
        }
    }
}

因為排序中速度比較快的如快速排序是要求它們的數(shù)據(jù)域的地址是相連接的，它比較適合于順序結(jié)構(gòu)，而鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的時候，我們就只有使用只會進行前后兩個比較多排序算法，比如冒泡排序等。我們這里是沒有交換結(jié)點的一種排序方式，這種方式簡單，明了，這樣就是數(shù)組排序的時候是一樣的。后面我會寫通過交換結(jié)點的方式的排序。

下面我們就討論討論這個排序算法的時間復(fù)雜度了，因為它是使用冒泡排序的，它的時間只要消耗在那兩重循環(huán)，所以時間復(fù)雜度為：O(n*n),這個效率實在是太低，下面我們對這個想(ˇ?ˇ) 想～通過另外一種方式來實現(xiàn)鏈表的排序

二、另外一種鏈表排序方式

我們在討論排序算法的時候，都是把數(shù)據(jù)存放在數(shù)組中進行討論的，在順序結(jié)構(gòu)下，我們可以采取很多高效的排序算法，那么這個就是我們另外一種對鏈表排序的方式，先把鏈表的內(nèi)容存放到數(shù)組中（時間為O(n)），然后，我們在對那個數(shù)組進行排序（最快為nlog(n)），最后，存放鏈表中（時間為O(n)）。通過計算，我們可以得到它的時間復(fù)雜為（O(nlogn)）,這個速度已經(jīng)和順序結(jié)構(gòu)下差不多了，可以接受

void Listsort_1(Node* & head) {
    int i = 0;
    int j = 0;
    //用于變量鏈表
    Node * L = head;
    //如果鏈表為空直接返回
    if (head->value == 0)return;
    Elemtype * copy = new Elemtype[head->value];
    //變量鏈表，存放數(shù)組
    for (i = 0; i < head->value; i++) {
        L = L->next;
        copy[i] = L->value;
    }
    //調(diào)用STL中的sort函數(shù)
    sort(copy, copy + head->value);
    L = head;
    //存放回鏈表中
    for (i = 0; i < head->value; i++) {
        L = L->next;
          L->value= copy[i];
    }
}

三、比較兩種排序的效率

如圖所示，在數(shù)據(jù)量為10000的時候，明顯第二種排序算法消耗的時間比第一種快了28倍左右。

四、下面通過交換結(jié)點實現(xiàn)鏈表的排序

首先我們編寫交換結(jié)點的函數(shù)，結(jié)點的交換主要就是考慮結(jié)點的指針域的問題，其中相鄰兩個結(jié)點是一種特殊的情況，要拿出來特別考慮。我們先畫出結(jié)點交換的思路圖，如下圖

首先我們給出相鄰兩個結(jié)點交換的思路：

下面是普通情況下的交換如下圖

//參數(shù)為頭結(jié)點和需要交換的兩個結(jié)點的位置（起點為1）
void swap_node(Node * & head,int i,int j) {
    //位置不合法
    if (i<1 || j<1 || i>head->value || j >head->value) {
        cout << "請檢查位置是否合法" << endl;
        return;
    }
    //同一個位置不用交換
    if (i == j)
    {
        return;
    }
    //相鄰兩個交換比較簡單
    if (abs(i - j) == 1) {
        //位置靠前的那個結(jié)點的前一個結(jié)點
        Node * pre;
        if (i < j)
            pre = getitem(head, i);
        else
            pre = getitem(head, j);

        //保存第一個結(jié)點
        Node * a = pre->next;
        //保存第二結(jié)點
        Node * b = a->next;
        //改變pre下一個結(jié)點的值
        pre->next = b;
        //必須先把b的下一個結(jié)點值給a先
        a->next = b->next;
        //讓b的下一個結(jié)點等于a
        b->next = a;
        return;
    }

    //第一個結(jié)點前一個結(jié)點
    Node * a = getitem(head, i);
    //第二個結(jié)點的前一個結(jié)點
    Node * b = getitem(head, j);
    //第一個結(jié)點
    Node * p = a->next;
    //第二個結(jié)點
    Node * q = b->next;
    //第一個結(jié)點的下一個結(jié)點
    Node * p_next = p->next;
    //第二結(jié)點的下一個結(jié)點
    Node * q_next = q->next;

    //a的下一個結(jié)點指向第二個結(jié)點q
    a->next = q;
    //第二結(jié)點的下一個結(jié)點指向第一個結(jié)點的下一個結(jié)點
    q->next = p_next;
    //b的下一個結(jié)點指向第一個結(jié)點p
    b->next = p;
    //第一個結(jié)點的下一個結(jié)點指向第二個結(jié)點的下一個結(jié)點
    p->next = q_next;

}

排序時候的代碼，切記交換結(jié)點都是前后結(jié)點交換，所以交換完成后，L就已經(jīng)被移動到下一個結(jié)點了，故不要再執(zhí)行：L=L->next

//線性表的排序，交換結(jié)點
void Listsort_Node(Node* & head) {
    int i = 0;
    int j = 0;
    //用于變量鏈表
    Node * L = head;
    //作為一個臨時量
    Node * p;
    Node * p1;
    //如果鏈表為空直接返回
    if (head->value == 0)return;
    int flag = 0;
    cout << head->value << endl;
    for (i = 0; i < head->value - 1; i++) {
        L = head->next;
        for (j = 0; j < head->value - 1 - i; j++) {
            //如果我們交換了結(jié)點，那么我們就已經(jīng)在交換結(jié)點的時候，把L移動到下一個結(jié)點了，所以不要
            //再執(zhí)行：L = L->next;，否則會報錯的
            if (L->value > L->next->value) {
                flag = 1;
                swap_node(head, j + 1, j + 2);

            }
            if (flag == 1) {
                flag = 0;
            }
            else {
                L = L->next;
            }

        }   
    }
}

好了，今天的就寫到這里了，今天通過寫交換結(jié)點，發(fā)現(xiàn)鏈表真的很容易忽悠人，我就被忽悠了一個小時，才知道那個結(jié)點已經(jīng)被移動到下一個結(jié)點了。

最后，補充一個實現(xiàn)鏈表反轉(zhuǎn)的好方法（感覺你在頭文件里面計算一下鏈表的長度可以帶來很多遍歷的）

void rollback(Node * & head) {
    //先知道了最后一個元素和第一個元素的位置
    int end = head->value;
    int start = 1;
    //兩邊同時開工
    //進行調(diào)換
    while (1) {
        if (end == start)
            return;
        swap_node(head, end, start);
        --end;
        ++start;
    }
}

希望大家，對我寫的代碼做出一些評價。我想想還是直接貼個完成的代碼出來好了，調(diào)轉(zhuǎn)代碼也在里面了

include<iostream>
#include<ctime>
#include<cstdlib>
#include<windows.h>
#include<algorithm>
using namespace std;
typedef int Elemtype;

//鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，我們打算在鏈表中添加一個
//保存長度的頭結(jié)點，加入這個結(jié)點可以方便我們對結(jié)點做一些
//基本的操作，結(jié)點保存的是線性表的長度
struct Node
{
    //結(jié)點的值,如果是頭結(jié)點，保存是鏈表的長度
    Elemtype value;
    //下一個結(jié)點的地址
    Node * next;

};

//創(chuàng)建一個空鏈表，每個頭結(jié)點就代表一個鏈表
void InitList(Node * & head) {
    head = new Node();
    head->value = 0;
    head->next = NULL;
}
//銷毀一個鏈表
void DestroyList(Node * & head) {
    delete head;
    head = NULL;
}

//清空整個列表
void ClearList(Node * & head) {
    head->value = 0;
    head->next = NULL;
}

//插入函數(shù)
bool Listinsert(Node * & head, int i, Elemtype value) {

    //插入到前面的方法
    int j = 0;
    Node * L = head;
    //如果插入的位置不合法，直接返回錯誤提示
    if (i<1 || i>head->value + 1)return false;

    //得到插入位置的前一個結(jié)點
    while (j < i - 1) {
        L = L->next;
        ++j;
    }

    //s是一個臨時結(jié)點
    Node * s = new Node();
    s->value = value;    //先對臨時結(jié)點賦值
    s->next = L->next;   //讓臨時結(jié)點下一個位置指向當(dāng)前需要插入前一個結(jié)點的下一個位置
    L->next = s;          //讓前一個結(jié)點下一個位置指向臨時結(jié)點，完成
                          //線性表的長度加一
    ++head->value;
    return true;
}
//得到某個位置上的值
Node * getitem(Node * & head, int i) {
    //我們要求程序返回特定位置上的值
    //我們一樣是從頭結(jié)點開始尋找該位置
    int j = 0;
    Node * L = head;
    //想要的那個位置是否合法
    if (i<1 || i >head->value)return NULL;

    //同樣是先得到前一個結(jié)點
    while (j < i - 1) {
        L = L->next;
        ++j;
    }
    //value = L->next->value;
    return L;
}
//線性表的排序,采用冒泡排序,直接遍歷鏈表
void Listsort(Node* & head) {
    int i = 0;
    int j = 0;
    //用于變量鏈表
    Node * L = head;
    //作為一個臨時量
    Node * p;
    Node * p1;
    //如果鏈表為空直接返回
    if (head->value == 0)return;

    for (i = 0; i < head->value - 1; i++) {
        L = head->next;
        for (j = 0; j < head->value - i - 1; j++) {
            //得到兩個值
            p = L;
            p1 = L->next;
            //如果前面的那個比后面的那個大，就交換它們之間的是數(shù)據(jù)域
            if (p->value > p1->value) {
                Elemtype temp = p->value;
                p->value = p1->value;
                p1->value = temp;
            }
            L = L->next;
        }
    }
}
//通過數(shù)組來完成我的排序
void Listsort_by_array(Node* & head) {
    int i = 0;
    int j = 0;
    //用于變量鏈表
    Node * L = head;
    //如果鏈表為空直接返回
    if (head->value == 0)return;
    Elemtype * copy = new Elemtype[head->value];
    //變量鏈表，存放數(shù)組
    for (i = 0; i < head->value; i++) {
        L = L->next;
        copy[i] = L->value;
    }
    //調(diào)用STL中的sort函數(shù)
    sort(copy, copy + head->value);
    L = head;
    //存放回鏈表中
    for (i = 0; i < head->value; i++) {
        L = L->next;
        L->value = copy[i];
    }
}

//參數(shù)為頭結(jié)點和需要交換的兩個結(jié)點的位置（起點為1）
void swap_node(Node * & head,int i,int j) {
    //位置不合法
    if (i<1 || j<1 || i>head->value || j >head->value) {
        cout << "請檢查位置是否合法" << endl;
        return;
    }
    //同一個位置不用交換
    if (i == j)
    {
        return;
    }
    //相鄰兩個交換比較簡單
    if (abs(i - j) == 1) {
        //位置靠前的那個結(jié)點的前一個結(jié)點
        Node * pre;
        if (i < j)
            pre = getitem(head, i);
        else
            pre = getitem(head, j);

        //保存第一個結(jié)點
        Node * a = pre->next;
        //保存第二結(jié)點
        Node * b = a->next;
        //改變pre下一個結(jié)點的值
        pre->next = b;
        //必須先把b的下一個結(jié)點值給a先
        a->next = b->next;
        //讓b的下一個結(jié)點等于a
        b->next = a;
        return;
    }

    //第一個結(jié)點前一個結(jié)點
    Node * a = getitem(head, i);
    //第二個結(jié)點的前一個結(jié)點
    Node * b = getitem(head, j);
    //第一個結(jié)點
    Node * p = a->next;
    //第二個結(jié)點
    Node * q = b->next;
    //第一個結(jié)點的下一個結(jié)點
    Node * p_next = p->next;
    //第二結(jié)點的下一個結(jié)點
    Node * q_next = q->next;

    //a的下一個結(jié)點指向第二個結(jié)點q
    a->next = q;
    //第二結(jié)點的下一個結(jié)點指向第一個結(jié)點的下一個結(jié)點
    q->next = p_next;
    //b的下一個結(jié)點指向第一個結(jié)點p
    b->next = p;
    //第一個結(jié)點的下一個結(jié)點指向第二個結(jié)點的下一個結(jié)點
    p->next = q_next;

}
//反轉(zhuǎn)
void rollback(Node * & head) {
    //先知道了最后一個元素和第一個元素的位置
    int end = head->value;
    int start = 1;
    //兩邊同時開工
    //進行調(diào)換
    while (1) {
        if (end <= start)
            return;
        swap_node(head, end, start);
        --end;
        ++start;
    }
}
void print(Node * & head);
//線性表的排序,采用冒泡排序,直接遍歷鏈表
//線性表的排序，交換結(jié)點
void Listsort_node(Node* & head) {
    int i = 0;
    int j = 0;
    //用于變量鏈表
    Node * L = head;
    //作為一個臨時量
    Node * p;
    Node * p1;
    //如果鏈表為空直接返回
    if (head->value == 0)return;
    int flag = 0;

    for (i = 0; i < head->value - 1; i++) {
        L = head->next;
        for (j = 0; j < head->value - 1 - i; j++) {
            //如果我們交換了結(jié)點，那么我們就已經(jīng)在交換結(jié)點的時候，把L移動到下一個結(jié)點了，所以不要
            //再執(zhí)行：L = L->next;，否則會報錯的
            if (L->value > L->next->value) {
                flag = 1;
                swap_node(head, j + 1, j + 2);

            }
            if (flag == 1) {
                flag = 0;
            }
            else {
                L = L->next;
            }

        }   
    }
}

void print(Node * & head) {
    //輸出我們只需要傳入頭結(jié)點，然后循環(huán)判斷當(dāng)前結(jié)點下一個結(jié)點是否為空，
    //這樣就可以輸出所有內(nèi)容
    Node * L = head;
    while (L->next) {
        L = L->next;
        cout << L->value << " ";
    }
    cout << endl;
}
int main() {
    //鏈表的頭結(jié)點，不存放任何值，首先初始化頭結(jié)點
    Node * head;

    Node * head_array;
    Node * head_node;
    Node * head_roll;
    srand((int)time(NULL));     //每次執(zhí)行種子不同，生成不同的隨機數(shù)
    //創(chuàng)建一個鏈表

    InitList(head); 
    InitList(head_array);
    InitList(head_node);
    InitList(head_roll);

    int i;
    cout << "請輸入需要插入元素個數(shù)" << endl;
    int n;
    cin >> n;//5
    //cout << "請輸入" << n << "個值" << endl;
    for (i = 0; i < n; i++) {
        Elemtype temp;
        temp = rand();
        if (!Listinsert(head, i + 1, temp)) {
            cout << "插入元素失敗" << endl;
        }
        if (!Listinsert(head_array, i + 1, temp)) {
            cout << "插入元素失敗" << endl;
        }
        if (!Listinsert(head_node, i + 1, temp)) {
            cout << "插入元素失敗" << endl;
        }
        if (!Listinsert(head_roll, i + 1, temp)) {
            cout << "插入元素失敗" << endl;
        }

    }
    cout << "初始化結(jié)果" << endl;
    print(head);
    cout << "反轉(zhuǎn)結(jié)果" << endl;
    rollback(head_roll);
    print(head_roll);
    cout << "冒泡排序（數(shù)據(jù)域交換）" << endl;
    Listsort(head);
    print(head);
    cout << "借數(shù)組為媒介進行排序（數(shù)據(jù)域交換）" << endl;
    Listsort_by_array(head_array);
    print(head_array);
    cout << "冒泡排序（結(jié)點交換）" << endl;
    Listsort_node(head_node);
    print(head_node);
    system("pause");
    return 0;

}

運行環(huán)境：vs2015

輸出結(jié)果：

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