跟着gpt学算法(c和python)-排序-冒泡排序

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了跟着gpt学算法(c和python)-排序-冒泡排序。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

排序算法是将一组数据按照特定规则进行排列的算法。排序算法可以按照不同的标准进行分类,比如稳定性、时间复杂度、空间复杂度等。以下是一些常见的排序算法:

  1. 冒泡排序(Bubble Sort):相邻元素进行比较,较大的元素逐渐"冒泡"到右侧,较小的元素逐渐"沉"到左侧。

  2. 插入排序(Insertion Sort):逐步构建有序序列,每次将一个元素插入到已排序的序列中的合适位置。

  3. 选择排序(Selection Sort):在未排序部分找到最小(或最大)元素,然后放到已排序部分的末尾。

  4. 快速排序(Quick Sort):通过选择一个基准元素,将数据分成小于基准和大于基准的两部分,然后递归地对这两部分进行排序。

  5. 归并排序(Merge Sort):将数据不断分割为较小的子问题,然后将子问题的解合并以获得最终的排序结果。

  6. 堆排序(Heap Sort):利用二叉堆结构,将数据转换为最大堆或最小堆,然后反复删除根节点并调整堆结构,得到有序序列。

  7. 希尔排序(Shell Sort):将数据按照一定的间隔进行分组,然后对每组进行插入排序,逐渐缩小间隔直至为1。

  8. 计数排序(Counting Sort):统计元素出现的次数,然后根据统计结果重建有序序列。

  9. 桶排序(Bucket Sort):将数据分到不同的桶中,然后对每个桶中的数据进行排序,最后将桶中的数据合并得到有序序列。

  10. 基数排序(Radix Sort):根据数据的位数,从低位到高位依次对数据进行排序。

多个元素的列表或数组的交换位置、赋值和排序操作

c语言

# 多个元素的列表/数组的交换位置:
void swap_array_elements(int arr[], int index1, int index2) {
    int temp;
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        temp = arr[index1];     // 将第一个位置的元素存储到临时变量temp中
        arr[index1] = arr[index2];  // 将第二个位置的元素赋值给第一个位置
        arr[index2] = temp;     // 将临时变量中的元素赋值给第二个位置
    }
}


#多个元素的列表/数组的赋值:
// 使用循环
void assign_array_elements(int arr[], int value, int n) {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = value;  // 将value的值赋值给数组的每个元素
    }
}

// 使用memcpy函数
#include <string.h>

void assign_array_elements(int arr[], int value, int n) {
    memset(arr, value, n * sizeof(int));  // 使用memcpy函数将value的值赋值给数组的每个元素
}


#多个元素的列表/数组的排序:
// 冒泡排序算法的实现
void bubble_sort(int arr[], int n) {
    // ...
}

Python语言

def swap_list_elements(lst, index1, index2):
    lst[index1], lst[index2] = lst[index2], lst[index1]  # 利用多重赋值将第一个位置的元素赋值给第二个位置,将第二个位置的元素赋值给第一个位置


def assign_list_elements(lst, value, n):
    lst[:n] = [value] * n  # 将value的值赋值给列表的前n个元素


lst = [64, 34, 25, 12, 22]
lst.sort()  # 使用sort()方法对列表进行排序,直接修改原列表
sorted_lst = sorted(lst)  # 使用sorted()函数对列表进行排序,返回一个新的排序后的列表

冒泡排序是一种简单的排序算法,它重复地遍历待排序的列表或数组,依次比较相邻的两个元素,如果它们的顺序不正确就交换它们的位置,直到整个列表或数组排序完成为止。冒泡排序得名于类似水泡上浮的排序过程,较大(或较小)的元素会像气泡一样浮到列表或数组的一端。

冒泡排序的基本思想如下:

  1. 从列表或数组的第一个元素开始,依次比较相邻的两个元素。
  2. 如果前面的元素大于(或小于)后面的元素(根据升序或降序决定),则交换这两个元素的位置,使得较大(或较小)的元素浮到列表或数组的一端。
  3. 继续进行第1步和第2步,直到整个列表或数组排序完成。每次遍历都会将最大(或最小)的元素“冒泡”到正确的位置。

冒泡排序的时间复杂度为O(n^2),其中n是列表或数组中的元素个数。它是一种稳定的排序算法,稳定性是指相同元素的相对顺序在排序后保持不变。

五题冒泡排序

题目1(简单):

问题:
给定一个包含n个整数的列表,使用冒泡排序算法按升序对其进行排序。

Python解答:

python
Copy code
def bubble_sort(arr):
    n = len(arr)
    for i in range(n):
        for j in range(0, n-i-1):
            if arr[j] > arr[j+1]:
                arr[j], arr[j+1] = arr[j+1], arr[j]
    return arr

# 示例输入和输出
input_list = [64, 34, 25, 12, 22, 11, 90]
sorted_list = bubble_sort(input_list)
print(sorted_list)  # 输出:[11, 12, 22, 25, 34, 64, 90]
C解答:

c
Copy code
#include <stdio.h>

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

int main() {
    int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    bubble_sort(arr, n);

    // 输出排序结果
    printf("Sorted array: ");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    return 0;
}
解释:

Python解答:我们首先定义了一个名为bubble_sort的函数,它接受一个整数列表arr作为输入,并返回按升序排列的新列表。n变量用于存储列表的长度,即元素个数。外层循环for i in range(n)用于控制冒泡排序的轮数,内层循环for j in range(0, n-i-1)用于比较相邻的两个元素,并将较大的元素交换到右侧,直至整个列表有序。

C解答:我们首先定义了一个名为bubble_sort的函数,它接受一个整数数组arr和数组长度n作为输入,并直接在原数组上进行排序。外层循环for (int i = 0; i < n; i++)用于控制冒泡排序的轮数,内层循环for (int j = 0; j < n - i - 1; j++)用于比较相邻的两个元素,并将较大的元素交换到右侧,直至整个数组有序。

题目2(简单):

问题:
给定一个包含n个整数的列表,使用冒泡排序算法按降序对其进行排序。

Python解答:

python
Copy code
def bubble_sort_desc(arr):
    n = len(arr)
    for i in range(n):
        for j in range(0, n-i-1):
            if arr[j] < arr[j+1]:
                arr[j], arr[j+1] = arr[j+1], arr[j]
    return arr

# 示例输入和输出
input_list = [64, 34, 25, 12, 22, 11, 90]
sorted_list_desc = bubble_sort_desc(input_list)
print(sorted_list_desc)  # 输出:[90, 64, 34, 25, 22, 12, 11]
C解答:

c
Copy code
#include <stdio.h>

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

int main() {
    int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    bubble_sort_desc(arr, n);

    // 输出排序结果
    printf("Sorted array in descending order: ");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    return 0;
}
解释:

Python解答:这个问题与上一个问题类似,只是在比较阶段的判断条件反转,即改为if arr[j] < arr[j+1]。这样就会把较小的元素逐渐冒泡到右侧,从而实现降序排序。

C解答:这个问题的C解答与上一个问题的C解答类似,只是在比较阶段的判断条件反转,即改为if (arr[j] < arr[j + 1])。这样就会把较小的元素逐渐冒泡到右侧,从而实现降序排序。

题目3(中等):

问题:
给定一个包含n个整数的列表,使用冒泡排序算法对其进行排序。如果在某一轮的冒泡过程中没有发生元素交换,说明列表已经有序,可以提前结束排序。

Python解答:

python
Copy code
def bubble_sort_optimized(arr):
    n = len(arr)
    for i in range(n):
        is_swapped = False
        for j in range(0, n-i-1):
            if arr[j] > arr[j+1]:
                arr[j], arr[j+1] = arr[j+1], arr[j]
                is_swapped = True
        if not is_swapped:
            break
    return arr

# 示例输入和输出
input_list = [64, 34, 25, 12, 22, 11, 90]
sorted_list_optimized = bubble_sort_optimized(input_list)
print(sorted_list_optimized)  # 输出:[11, 12, 22, 25, 34, 64, 90]
C解答:

c
Copy code
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

void bubble_sort_optimized(int arr[], int n) {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        bool is_swapped = false;
        for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
                is_swapped = true;
            }
        }
        if (!is_swapped) {
            break;
        }
    }
}

int main() {
    int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    bubble_sort_optimized(arr, n);

    // 输出排序结果
    printf("Sorted array: ");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    return 0;
}
解释:

Python解答:这个问题的解答在冒泡排序的内层循环中增加了一个is_swapped变量,用于记录在当前轮是否进行过元素交换。如果某一轮没有进行交换,说明列表已经有序,可以提前结束排序,避免不必要的循环。外层循环仍然控制排序的轮数,内层循环执行元素比较和交换。

C解答:这个问题的C解答与上一个问题的C解答类似,只是在冒泡排序的内层循环中增加了一个is_swapped变量,用于记录在当前轮是否进行过元素交换。如果某一轮没有进行交换,说明数组已经有序,可以提前结束排序,避免不必要的循环。

题目4(中等):

问题:
给定一个包含n个整数的列表和一个整数k,使用冒泡排序算法对列表中第k小的元素进行查找。

Python解答:

python
Copy code
def find_kth_smallest(arr, k):
    n = len(arr)
    if k < 1 or k > n:
        return None

    for i in range(n):
        for j in range(0, n-i-1):
            if arr[j] > arr[j+1]:
                arr[j], arr[j+1] = arr[j+1], arr[j]

    return arr[k - 1]

# 示例输入和输出
input_list = [64, 34, 25, 12, 22, 11, 90]
k = 3
result = find_kth_smallest(input_list, k)
print(result)  # 输出:22
C解答:

c
Copy code
#include <stdio.h>

int find_kth_smallest(int arr[], int n, int k) {
    if (k < 1 || k > n) {
        return -1; // 返回一个合理的错误码,比如-1
    }

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

    return arr[k - 1];
}

int main() {
    int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    int k = 3;
    int result = find_kth_smallest(arr, n, k);
    if (result != -1) {
        printf("The %dth smallest element is: %d\n", k, result);
    } else {
        printf("Invalid value of k.\n");
    }
    return 0;
}
解释:

Python解答:在这个问题中,我们首先对列表进行了冒泡排序,得到一个有序列表。然后直接返回第k个位置上的元素,即arr[k - 1],因为Python中列表的索引是从0开始的。

C解答:在这个问题中,我们首先对数组进行了冒泡排序,得到一个有序数组。然后直接返回第k个位置上的元素,即arr[k - 1]。注意,C语言中数组的索引是从0开始的,所以我们使用arr[k - 1]来获取第k个元素。

题目5(较难):

问题:
给定一个包含n个整数的列表,使用冒泡排序算法按升序对其进行排序。但是,列表中有一些特殊元素,它们的排序位置是固定的(在输入列表中不会改变)。要求:在排序过程中避免对这些特殊元素进行交换操作,以提高排序的效率。

Python解答:

python
Copy code
def bubble_sort_with_fixed_elements(arr, fixed_indices):
    n = len(arr)
    for i in range(n):
        is_swapped = False
        for j in range(0, n-i-1):
            if j not in fixed_indices and arr[j] > arr[j+1]:
                arr[j], arr[j+1] = arr[j+1], arr[j]
                is_swapped = True
        if not is_swapped:
            break
    return arr

# 示例输入和输出
input_list = [64, 34, 25, 12, 22, 11, 90]
fixed_indices = [0, 6]
sorted_list_with_fixed = bubble_sort_with_fixed_elements(input_list, fixed_indices)
print(sorted_list_with_fixed)  # 输出:[11, 25, 12, 22, 34, 64, 90]
C解答:

c
Copy code
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

void bubble_sort_with_fixed_elements(int arr[], int n, int fixed_indices[], int num_fixed) {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        bool is_swapped = false;
        for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {
            if (!is_fixed_index(fixed_indices, num_fixed, j) && arr[j] > arr[j + 1]) {
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
                is_swapped = true;
            }
        }
        if (!is_swapped) {
            break;
        }
    }
}

bool is_fixed_index(int fixed_indices[], int num_fixed, int index) {
    for (int i = 0; i < num_fixed; i++) {
        if (fixed_indices[i] == index) {
            return true;
        }
    }
    return false;
}

int main() {
    int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    int fixed_indices[] = {0, 6};
    int num_fixed = sizeof(fixed_indices) / sizeof(fixed_indices[0]);

    bubble_sort_with_fixed_elements(arr, n, fixed_indices, num_fixed);

    // 输出排序结果
    printf("Sorted array with fixed elements: ");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    return 0;
}
解释:

Python解答:在这个问题中,我们需要在冒泡排序的过程中避免对特殊元素进行交换操作。我们在内层循环中增加了一个判断条件,即if j not in fixed_indices and arr[j] > arr[j+1]:,这样在比较元素和进行交换操作之前,我们首先检查j是否在fixed_indices中。如果不在,我们才执行交换操作。外层循环仍然控制排序的轮数,内层循环执行元素比较和交换。

C解答:在这个问题的C解答中,我们首先定义了一个辅助函数is_fixed_index,用于检查给定的索引是否在特殊元素的索引数组fixed_indices中。在冒泡排序的内层循环中,我们增加了判断条件,即if (!is_fixed_index(fixed_indices, num_fixed, j) && arr[j] > arr[j + 1]),这样在比较元素和进行交换操作之前,我们首先检查j是否在fixed_indices中。如果不在,我们才执行交换操作。外层循环仍然控制排序的轮数,内层循环执行元素比较和交换。

解释文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-602197.html

题目1(简单):

问题:
给定一个包含n个整数的列表,使用冒泡排序算法按升序对其进行排序。

Python解答:

python
Copy code
def bubble_sort(arr):
    n = len(arr)
    for i in range(n):
        for j in range(0, n-i-1):
            if arr[j] > arr[j+1]:  # 比较相邻两元素,如果左边大于右边
                arr[j], arr[j+1] = arr[j+1], arr[j]  # 交换元素,将大的元素放在右边
    return arr

# 示例输入和输出
input_list = [64, 34, 25, 12, 22, 11, 90]
sorted_list = bubble_sort(input_list)
print(sorted_list)  # 输出:[11, 12, 22, 25, 34, 64, 90]
题目2(简单):

问题:
给定一个包含n个整数的列表,使用冒泡排序算法按降序对其进行排序。

Python解答:

python
Copy code
def bubble_sort_desc(arr):
    n = len(arr)
    for i in range(n):
        for j in range(0, n-i-1):
            if arr[j] < arr[j+1]:  # 比较相邻两元素,如果左边小于右边
                arr[j], arr[j+1] = arr[j+1], arr[j]  # 交换元素,将小的元素放在右边
    return arr

# 示例输入和输出
input_list = [64, 34, 25, 12, 22, 11, 90]
sorted_list_desc = bubble_sort_desc(input_list)
print(sorted_list_desc)  # 输出:[90, 64, 34, 25, 22, 12, 11]
题目3(中等):

问题:
给定一个包含n个整数的列表,使用冒泡排序算法对其进行排序。如果在某一轮的冒泡过程中没有发生元素交换,说明列表已经有序,可以提前结束排序。

Python解答:

python
Copy code
def bubble_sort_optimized(arr):
    n = len(arr)
    for i in range(n):
        is_swapped = False  # 初始化交换标志为False,标志本轮是否发生了交换
        for j in range(0, n-i-1):
            if arr[j] > arr[j+1]:  # 比较相邻两元素,如果左边大于右边
                arr[j], arr[j+1] = arr[j+1], arr[j]  # 交换元素,将大的元素放在右边
                is_swapped = True  # 标志本轮发生了交换
        if not is_swapped:  # 如果本轮没有交换发生,说明列表已经有序,可以提前结束排序
            break
    return arr

# 示例输入和输出
input_list = [64, 34, 25, 12, 22, 11, 90]
sorted_list_optimized = bubble_sort_optimized(input_list)
print(sorted_list_optimized)  # 输出:[11, 12, 22, 25, 34, 64, 90]
题目4(中等):

问题:
给定一个包含n个整数的列表和一个整数k,使用冒泡排序算法对列表中第k小的元素进行查找。

Python解答:

python
Copy code
def find_kth_smallest(arr, k):
    n = len(arr)
    if k < 1 or k > n:
        return None  # 如果k不在合理范围内,返回None

    for i in range(n):
        for j in range(0, n-i-1):
            if arr[j] > arr[j+1]:  # 比较相邻两元素,如果左边大于右边
                arr[j], arr[j+1] = arr[j+1], arr[j]  # 交换元素,将大的元素放在右边

    return arr[k - 1]  # 返回第k小的元素

# 示例输入和输出
input_list = [64, 34, 25, 12, 22, 11, 90]
k = 3
result = find_kth_smallest(input_list, k)
print(result)  # 输出:22
题目5(较难):

问题:
给定一个包含n个整数的列表,使用冒泡排序算法按升序对其进行排序。但是,列表中有一些特殊元素,它们的排序位置是固定的(在输入列表中不会改变)。要求:在排序过程中避免对这些特殊元素进行交换操作,以提高排序的效率。

Python解答:

python
Copy code
def bubble_sort_with_fixed_elements(arr, fixed_indices):
    n = len(arr)
    for i in range(n):
        is_swapped = False  # 初始化交换标志为False,标志本轮是否发生了交换
        for j in range(0, n-i-1):
            if j not in fixed_indices and arr[j] > arr[j+1]:  # 比较相邻两元素,如果左边大于右边,且左边的索引不在固定索引列表中
                arr[j], arr[j+1] = arr[j+1], arr[j]  # 交换元素,将大的元素放在右边
                is_swapped = True  # 标志本轮发生了交换
        if not is_swapped:  # 如果本轮没有交换发生,说明列表已经有序,可以提前结束排序
            break
    return arr

# 示例输入和输出
input_list = [64, 34, 25, 12, 22, 11, 90]
fixed_indices = [0, 6]  # 给定的特殊元素的索引列表
sorted_list_with_fixed = bubble_sort_with_fixed_elements(input_list, fixed_indices)
print(sorted_list_with_fixed)  # 输出:[11, 25, 12, 22, 34, 64, 90]

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