JavaScript數據結構與算法之基本排序算法定義與效率比較【冒泡、選擇、插入排序】

2024-05-06 16:48:19

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本文實例講述了JavaScript數據結構與算法之基本排序算法定義與效率比較。分享給大家供大家參考，具體如下：

javascript數據結構與算法--基本排序算法（冒泡、選擇、排序）及效率比較

一、數組測試平臺

javascript數據結構與算法--基本排序（封裝基本數組的操作），封裝常規數組操作的函數，比如：插入新數據，顯示數組數據，還有交換數組元素等操作來調用不同的排序算法

function CArray(numElements) {  this.dataStore = [];  this.pos = 0;//是一個索引值，默認為0，從第一個開始  this.numElements = numElements;//是保存所有的數組元素  this.insert = insert;//向數組中插入一個元素的方法  this.toString = toString;//顯示數組中所有元素  this.clear = clear;//清空數組數據  this.setData = setData;//生成了存儲在數組中的隨機數字  this.swap = swap;//交換數組中兩個元素的位置  this.bubbleSort = bubbleSort;  /*將傳入的數組，存儲在datastore中*/  for (var i = 0; i < numElements.length; ++i) {    this.dataStore[i] = numElements[i];  }}function setData() {  for (var i = 0; i < this.numElements; ++i) {    this.dataStore[i] = Math.floor(Math.random() *      (this.numElements+1));  }}function clear() {  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {    this.dataStore[i] = 0;  }}function insert(element) {  this.dataStore[this.pos++] = element;}function toString() {  var retstr = "";  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {    retstr += this.dataStore[i] + " ";    if (i > 0 && i % 10 == 0) {      retstr += "/n";    }  }  return retstr;}function swap(arr, index1, index2) {  var temp = arr[index1];  arr[index1] = arr[index2];  arr[index2] = temp;}//測試生成一組數組數據（隨機數）var numElements = 100;var myNums = new CArray(numElements);myNums.setData();console.log(myNums.toString());

17 94 81 80 25 24 73 76 24 35 81
63 81 59 4 76 30 47 73 98 18
54 36 53 47 22 60 88 41 66 24
73 94 40 45 72 74 14 61 92 48
36 12 42 11 12 82 24 84 60 1
17 98 63 36 84 13 18 50 89 26
98 1 6 54 52 69 6 52 98 14
79 28 19 69 76 99 97 100 10 7
24 54 81 73 18 21 45 73 66 30
28 56 54 21 88 31 20 86 48

二、冒泡排序算法

我們先來了解一下冒泡排序算法，它是最慢的排序算法之一，但也是一種最容易實現的排序算法。

之所以叫冒泡排序是因為使用這種排序算法排序時，數據值會像氣泡一樣從數組的一端漂浮到另一端。

假設正在將一組數字按照升序排列，較大的值會浮動到數組的右側，而較小的值則會浮動到數組的左側。

之所以會產生這種現象是因為算法會多次在數組中移動，比較相鄰的數據，當左側值大于右側值時將它們進行互換。

JS代碼如下：

function CArray(numElements) {  this.dataStore = [];  this.pos = 0;//是一個索引值，默認為0，從第一個開始  this.numElements = numElements;//是保存所有的數組元素  this.insert = insert;//向數組中插入一個元素的方法  this.toString = toString;//顯示數組中所有元素  this.clear = clear;//清空數組數據  this.setData = setData;//生成了存儲在數組中的隨機數字  this.swap = swap;//交換數組中兩個元素的位置  this.bubbleSort = bubbleSort;//冒泡算法  /*將傳入的數組，存儲在datastore中*/  for (var i = 0; i < numElements.length; ++i) {    this.dataStore[i] = numElements[i];  }}function setData() {  for (var i = 0; i < this.numElements; ++i) {    this.dataStore[i] = Math.floor(Math.random() *      (this.numElements+1));  }}function clear() {  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {    this.dataStore[i] = 0;  }}function insert(element) {  this.dataStore[this.pos++] = element;}function toString() {  var retstr = "";  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {    retstr += this.dataStore[i] + " ";    if (i > 0 && i % 10 == 0) {      retstr += "/n";    }  }  return retstr;}function swap(arr, index1, index2) {  var temp = arr[index1];  arr[index1] = arr[index2];  arr[index2] = temp;}function bubbleSort() {  var numElements = this.dataStore.length;  for (var outer = numElements; outer >= 2; --outer) {    for (var inner = 0; inner <= outer-1; ++inner) {      if (this.dataStore[inner] > this.dataStore[inner+1]) {        swap(this.dataStore, inner, inner+1);      }    }    console.log("outer為" + outer + ": " + this.toString());  }}//測試冒泡排序算法var numElements = [2,4,1,3];var myNums = new CArray(numElements);console.log("原來的數組："+myNums.toString());myNums.bubbleSort();console.log("排序后的數組："+myNums.toString());

冒泡算法代碼分析如下：

原先數組為 [2,4,1,3];

1. outer為4的時候

    1. inner為0，值為2，inner+1為1，值為4，不符合，不交換。
    2. inner為1，值為4，inner+1為2，值為1，交換，數組變為[2,1,4,3]
    3. inner為2，值為4，inner+1為3，值為3，交換數組變為[2,1,3,4]
    4. inner為3，值為4，inner+1為4，不符合不交換。

2. outer為3的時候

    1. inner為0，值為2，inner+1為1，值為1,交換數組變為[1,2,3,4]
    2. inner為1, 值為2，inner+1為2，值為3 不符合不交換。
    3. inner為2, 值為3，inner+1為3，值為4，不符合不交換。

再下面繼續循環都不符合條件，所以如上就是最后一步了。這就是冒泡排序。

三、選擇排序算法

選擇排序從數組的開頭開始，將第一個元素和其他元素進行比較。

檢查完所有元素后，最小的元素會被放到數組的第一個位置，然后算法會從第二個位置繼續。

這個過程一直進行，當進行到數組的倒數第二個位置時，所有的數據便完成了排序。
選擇排序會用到嵌套循環。

外循環從數組的第一個元素移動到倒數第二個元素；

內循環從第二個數組元素移動到最后一個元素，查找比當前外循環所指向的元素小的元素。

每次內循環迭代后，數組中最小的值都會被賦值到合適的位置。

JS代碼如下：

function CArray(numElements) {  this.dataStore = [];  this.pos = 0;//是一個索引值，默認為0，從第一個開始  this.numElements = numElements;//是保存所有的數組元素  this.insert = insert;//向數組中插入一個元素的方法  this.toString = toString;//顯示數組中所有元素  this.clear = clear;//清空數組數據  this.setData = setData;//生成了存儲在數組中的隨機數字  this.swap = swap;//交換數組中兩個元素的位置  this.selectionSort = selectionSort;//選擇排序算法  /*將傳入的數組，存儲在datastore中*/  for (var i = 0; i < numElements.length; ++i) {    this.dataStore[i] = numElements[i];  }}function setData() {  for (var i = 0; i < this.numElements; ++i) {    this.dataStore[i] = Math.floor(Math.random() *      (this.numElements+1));  }}function clear() {  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {    this.dataStore[i] = 0;  }}function insert(element) {  this.dataStore[this.pos++] = element;}function toString() {  var retstr = "";  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {    retstr += this.dataStore[i] + " ";    if (i > 0 && i % 10 == 0) {      retstr += "/n";    }  }  return retstr;}function swap(arr, index1, index2) {  var temp = arr[index1];  arr[index1] = arr[index2];  arr[index2] = temp;}function selectionSort() {  var min, temp;  for (var outer = 0; outer <= this.dataStore.length-2; ++outer) {    min = outer;    for (var inner = outer + 1;inner <= this.dataStore.length-1; ++inner) {      if (this.dataStore[inner] < this.dataStore[min]) {        min = inner;      }    }    swap(this.dataStore, outer, min);    console.log("第"+outer +"次："+myNums.toString());  }}//測試排序算法var numElements = [2,4,1,3];var myNums = new CArray(numElements);console.log("原來的數組："+myNums.toString());myNums.selectionSort();console.log("排序后的數組："+myNums.toString());

原來的數組：2 4 1 3
第0次：1 4 2 3
第1次：1 2 4 3
第2次：1 2 3 4
排序后的數組：1 2 3 4

四、插入排序算法

插入排序有兩個循環。

外循環將數組元素挨個移動，而內循環則對外循環中選中的元素及它前面的那個元素進行比較。

如果外循環中選中的元素比內循環中選中的元素小，那么數組元素會向右移動，為外循環中的這個元素騰出位置

function CArray(numElements) {  this.dataStore = [];  this.pos = 0;//是一個索引值，默認為0，從第一個開始  this.numElements = numElements;//是保存所有的數組元素  this.insert = insert;//向數組中插入一個元素的方法  this.toString = toString;//顯示數組中所有元素  this.clear = clear;//清空數組數據  this.setData = setData;//生成了存儲在數組中的隨機數字  this.swap = swap;//交換數組中兩個元素的位置  this.insertionSort = insertionSort;//插入排序算法  /*將傳入的數組，存儲在datastore中*/  for (var i = 0; i < numElements.length; ++i) {    this.dataStore[i] = numElements[i];  }}function setData() {  for (var i = 0; i < this.numElements; ++i) {    this.dataStore[i] = Math.floor(Math.random() *      (this.numElements+1));  }}function clear() {  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {    this.dataStore[i] = 0;  }}function insert(element) {  this.dataStore[this.pos++] = element;}function toString() {  var retstr = "";  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {    retstr += this.dataStore[i] + " ";    if (i > 0 && i % 10 == 0) {      retstr += "/n";    }  }  return retstr;}function swap(arr, index1, index2) {  var temp = arr[index1];  arr[index1] = arr[index2];  arr[index2] = temp;}function insertionSort() {  var temp, inner;  //外循環將數組元素挨個移動  for (var outer = 1; outer <= this.dataStore.length-1; ++outer) {    temp = this.dataStore[outer];//外循環選中的元素temp    inner = outer;    //內循環對外循環中選中的元素temp與temp前面的元素一個個進行比較。    //如果外循環中選中的元素temp比內循環中選中的元素小，那么數組元素會向右移動，為外循環中的這個元素騰出位置    while (inner > 0 && (this.dataStore[inner-1] >= temp)) {      this.dataStore[inner] = this.dataStore[inner-1];      --inner;    }    this.dataStore[inner] = temp;    console.log("第"+outer+"次："+myNums.toString());  }}//測試排序算法var numElements = [9,1,8,6,2,3,5,4];var myNums = new CArray(numElements);console.log("原來的數組："+myNums.toString());myNums.insertionSort();console.log("排序后的數組："+myNums.toString());

原來的數組：9 1 8 6 2 3 5 4 //先用1和1前面的對比，9比1大，所以9向右移動一個位置，給1騰位置
      第1次：1 9 8 6 2 3 5 4 //用8與8前面的對比，9比8大，所以9向右移動一個位置，給8騰位置
      第2次：1 8 9 6 2 3 5 4 //用6與6前面的對比,8，9比6大，所以8、9向右移動一個位置，給6騰位置
      第3次：1 6 8 9 2 3 5 4
      第4次：1 2 6 8 9 3 5 4
      第5次：1 2 3 6 8 9 5 4
      第6次：1 2 3 5 6 8 9 4
      第7次：1 2 3 4 5 6 8 9
排序后的數組：1 2 3 4 5 6 8 9

五、基本排序算法的效率比較

function CArray(numElements) {  this.dataStore = [];  this.pos = 0;//是一個索引值，默認為0，從第一個開始  this.numElements = numElements;//是保存所有的數組元素  this.insert = insert;//向數組中插入一個元素的方法  this.toString = toString;//顯示數組中所有元素  this.clear = clear;//清空數組數據  this.setData = setData;//生成了存儲在數組中的隨機數字  this.swap = swap;//交換數組中兩個元素的位置  this.bubbleSort = bubbleSort;//冒泡排序算法  this.selectionSort = selectionSort;//選擇排序算法  this.insertionSort = insertionSort;//插入排序算法  /*將傳入的數組，存儲在datastore中*/  for (var i = 0; i < numElements.length; ++i) {    this.dataStore[i] = numElements[i];  }}function setData() {  for (var i = 0; i < this.numElements; ++i) {    this.dataStore[i] = Math.floor(Math.random() *      (this.numElements+1));  }}function clear() {  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {    this.dataStore[i] = 0;  }}function insert(element) {  this.dataStore[this.pos++] = element;}function toString() {  var retstr = "";  for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {    retstr += this.dataStore[i] + " ";    if (i > 0 && i % 10 == 0) {      retstr += "/n";    }  }  return retstr;}function swap(arr, index1, index2) {  var temp = arr[index1];  arr[index1] = arr[index2];  arr[index2] = temp;}function bubbleSort() {  var numElements = this.dataStore.length;  for (var outer = numElements; outer >= 2; --outer) {    for (var inner = 0; inner <= outer-1; ++inner) {      if (this.dataStore[inner] > this.dataStore[inner+1]) {        swap(this.dataStore, inner, inner+1);      }    }//    console.log("outer為" + outer + ": " + this.toString());  }}function selectionSort() {  var min, temp;  for (var outer = 0; outer <= this.dataStore.length-2; ++outer) {    min = outer;    for (var inner = outer + 1;inner <= this.dataStore.length-1; ++inner) {      if (this.dataStore[inner] < this.dataStore[min]) {        min = inner;      }    }    swap(this.dataStore, outer, min);//    console.log("第"+outer +"次："+this.toString());  }}function insertionSort() {  var temp, inner;  //外循環將數組元素挨個移動  for (var outer = 1; outer <= this.dataStore.length-1; ++outer) {    temp = this.dataStore[outer];//外循環選中的元素    inner = outer;    //內循環則對外循環中選中的元素與它前面的那個元素進行比較。    //如果外循環中選中的元素比內循環中選中的元素小，那么數組元素會向右移動，為外循環中的這個元素騰出位置    while (inner > 0 && (this.dataStore[inner-1] >= temp)) {      this.dataStore[inner] = this.dataStore[inner-1];      --inner;    }    this.dataStore[inner] = temp;//    console.log("第"+outer+"次："+this.toString());  }}/*測試冒泡、選擇、插入算法的效率*/var numElements = 10000;var nums = new CArray(numElements);nums.setData();var start = new Date().getTime();nums.bubbleSort();var stop = new Date().getTime();var elapsed = stop - start;console.log("用冒泡算法，排序 " + numElements + " 個元素耗時 : " + elapsed + " milliseconds.");start = new Date().getTime();nums.selectionSort();stop = new Date().getTime();elapsed = stop - start;console.log("用選擇算法，排序 " + numElements + " 個元素耗時: " + elapsed + " milliseconds.");start = new Date().getTime();nums.insertionSort();stop = new Date().getTime();elapsed = stop - start;console.log("用插入算法，排序 " + numElements + " 個元素耗時: " + elapsed + " milliseconds.");

運行結果：

JavaScript,數據結構,算法,基本排序算法