javascript数据结构与算法--基本排序算法（冒泡、选择、排序）及效率比较

javascript数据结构与算法--基本排序算法（冒泡、选择、排序）及效率比较

一、数组测试平台。

javascript数据结构与算法--基本排序（封装基本数组的操作），封装常规数组操作的函数，比如：插入新数据，显示数组数据，还有交换数组元素等操作来调用不同的排序算法

function CArray(numElements) {
    this.dataStore = [];
    this.pos = 0;//是一个索引值，默认为0，从第一个开始
    this.numElements = numElements;//是保存所有的数组元素
    this.insert = insert;//向数组中插入一个元素的方法
    this.toString = toString;//显示数组中所有元素
    this.clear = clear;//清空数组数据
    this.setData = setData;//生成了存储在数组中的随机数字
    this.swap = swap;//交换数组中两个元素的位置
    this.bubbleSort = bubbleSort;
    /*将传入的数组，存储在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;
}
//测试生成一组数组数据（随机数）
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

我们先来了解一下冒泡排序算法，它是最慢的排序算法之一，但也是一种最容易实现的排序算法。
之所以叫冒泡排序是因为使用这种排序算法排序时，数据值会像气泡一样从数组的一端漂浮到另一端。
假设正在将一组数字按照升序排列，较大的值会浮动到数组的右侧，而较小的值则会浮动到数组的左侧。
之所以会产生这种现象是因为算法会多次在数组中移动，比较相邻的数据，当左侧值大于右侧值时将它们进行互换。

JS代码如下：

function CArray(numElements) {
    this.dataStore = [];
    this.pos = 0;//是一个索引值，默认为0，从第一个开始
    this.numElements = numElements;//是保存所有的数组元素
    this.insert = insert;//向数组中插入一个元素的方法
    this.toString = toString;//显示数组中所有元素
    this.clear = clear;//清空数组数据
    this.setData = setData;//生成了存储在数组中的随机数字
    this.swap = swap;//交换数组中两个元素的位置
    this.bubbleSort = bubbleSort;//冒泡算法
    /*将传入的数组，存储在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为" + outer + ": " +  this.toString());
    }
}

//测试冒泡排序算法
var numElements = [2,4,1,3];
var myNums = new CArray(numElements);
console.log("原来的数组："+myNums.toString());
myNums.bubbleSort();
console.log("排序后的数组："+myNums.toString());

冒泡算法代码分析如下：

原先数组为 [2,4,1,3];

1. outer为4的时候
    1. inner为0，值为2，inner+1为1，值为4，不符合，不交换。
    2. inner为1，值为4，inner+1为2，值为1，交换，数组变为[2,1,4,3]
    3. inner为2，值为4，inner+1为3，值为3，交换 数组变为[2,1,3,4]
    4. inner为3，值为4，inner+1为4，不符合 不交换。 

2. outer为3的时候
    1. inner为0，值为2，inner+1为1，值为1,交换 数组变为[1,2,3,4]
    2. inner为1, 值为2，inner+1为2，值为3 不符合 不交换。
    3. inner为2, 值为3，inner+1为3，值为4，不符合 不交换。

 再下面继续循环都不符合条件，所以如上就是最后一步了。这就是冒泡排序。

三、选择排序算法

选择排序从数组的开头开始，将第一个元素和其他元素进行比较。
检查完所有元素后，最小的元素会被放到数组的第一个位置，然后算法会从第二个位置继续。
这个过程一直进行，当进行到数组的倒数第二个位置时，所有的数据便完成了排序。

选择排序会用到嵌套循环。
外循环从数组的第一个元素移动到倒数第二个元素；
内循环从第二个数组元素移动到最后一个元素，查找比当前外循环所指向的元素小的元素。
每次内循环迭代后，数组中最小的值都会被赋值到合适的位置。

JS代码如下：

function CArray(numElements) {
    this.dataStore = [];
    this.pos = 0;//是一个索引值，默认为0，从第一个开始
    this.numElements = numElements;//是保存所有的数组元素
    this.insert = insert;//向数组中插入一个元素的方法
    this.toString = toString;//显示数组中所有元素
    this.clear = clear;//清空数组数据
    this.setData = setData;//生成了存储在数组中的随机数字
    this.swap = swap;//交换数组中两个元素的位置
    this.selectionSort = selectionSort;//选择排序算法
    /*将传入的数组，存储在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());
    }
}

//测试排序算法
var numElements = [2,4,1,3];
var myNums = new CArray(numElements);
console.log("原来的数组："+myNums.toString());
myNums.selectionSort();
console.log("排序后的数组："+myNums.toString());

原来的数组： 4 1 3
第0次：1  2 3
第1次：1 2  3
第2次：1 2 3 4
排序后的数组：1 2 3 4

四、插入排序算法

插入排序有两个循环。
外循环将数组元素挨个移动，而内循环则对外循环中选中的元素及它前面的那个元素进行比较。
如果外循环中选中的元素比内循环中选中的元素小，那么数组元素会向右移动，为外循环中的这个元素腾出位置

function CArray(numElements) {
    this.dataStore = [];
    this.pos = 0;//是一个索引值，默认为0，从第一个开始
    this.numElements = numElements;//是保存所有的数组元素
    this.insert = insert;//向数组中插入一个元素的方法
    this.toString = toString;//显示数组中所有元素
    this.clear = clear;//清空数组数据
    this.setData = setData;//生成了存储在数组中的随机数字
    this.swap = swap;//交换数组中两个元素的位置
    this.insertionSort = insertionSort;//插入排序算法
    /*将传入的数组，存储在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;
    //外循环将数组元素挨个移动
    for (var outer = 1; outer <= this.dataStore.length-1; ++outer) {
        temp = this.dataStore[outer];//外循环选中的元素temp
        inner = outer;
        //内循环对外循环中选中的元素temp与temp前面的元素一个个进行比较。
        //如果外循环中选中的元素temp比内循环中选中的元素小，那么数组元素会向右移动，为外循环中的这个元素腾出位置
        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());
    }
}

//测试排序算法
var numElements = [9,1,8,6,2,3,5,4];
var myNums = new CArray(numElements);
console.log("原来的数组："+myNums.toString());
myNums.insertionSort();
console.log("排序后的数组："+myNums.toString());

  原来的数组：9  8 6 2 3 5 4 //先用1和1前面的对比，9比1大，所以9向右移动一个位置，给1腾位置
      第1次：1 9  6 2 3 5 4 //用8与8前面的对比，9比8大，所以9向右移动一个位置，给8腾位置
      第2次：1 8 9  2 3 5 4 //用6与6前面的对比,8，9比6大，所以8、9向右移动一个位置，给6腾位置
      第3次：1 6 8 9  3 5 4
      第4次：1 2 6 8 9  5 4
      第5次：1 2 3 6 8 9  4
      第6次：1 2 3 5 6 8 9
      第7次：1 2 3 4 5 6 8 9 
排序后的数组：1 2 3 4 5 6 8 9

五、基本排序算法的效率比较

function CArray(numElements) {
    this.dataStore = [];
    this.pos = 0;//是一个索引值，默认为0，从第一个开始
    this.numElements = numElements;//是保存所有的数组元素
    this.insert = insert;//向数组中插入一个元素的方法
    this.toString = toString;//显示数组中所有元素
    this.clear = clear;//清空数组数据
    this.setData = setData;//生成了存储在数组中的随机数字
    this.swap = swap;//交换数组中两个元素的位置
    this.bubbleSort = bubbleSort;//冒泡排序算法
    this.selectionSort = selectionSort;//选择排序算法
    this.insertionSort = insertionSort;//插入排序算法
    /*将传入的数组，存储在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为" + 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;
    //外循环将数组元素挨个移动
    for (var outer = 1; outer <= this.dataStore.length-1; ++outer) {
        temp = this.dataStore[outer];//外循环选中的元素
        inner = outer;
        //内循环则对外循环中选中的元素与它前面的那个元素进行比较。
        //如果外循环中选中的元素比内循环中选中的元素小，那么数组元素会向右移动，为外循环中的这个元素腾出位置
        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());
    }
}

/*测试冒泡、选择、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 + " 个元素耗时 : " + elapsed + " milliseconds.");

start = new Date().getTime();
nums.selectionSort();
stop = new Date().getTime();
elapsed = stop - start;
console.log("用选择算法，排序 " + numElements + " 个元素耗时: " +  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 + " 个元素耗时: " + elapsed + " milliseconds.");

运行结果：

选择排序和插入排序要比冒泡排序快，插入排序是这三种算法中最快的。