PHP排序算法:计数、选择、插入、归并、快速、冒泡、希尔、堆

1.冒泡排序算法

//冒泡排序算法php
//author:Hengda
//$arr 待排序数组
//$mode false 正序，true倒序
function bubbleSort( &$arr, $mode ){
    //数组元素数
    $len = count( $arr );
    //生成阶梯
    for( $i = 0; $i < $len - 1; $i++ ){
        //遍历当前阶梯
        for( $j = 0; $j < $len - $i - 1; $j++ ){
            //两两向后比较
            if( $mode ? $arr[ $j ] < $arr[ $j + 1 ] : $arr[ $j ] > $arr[ $j + 1 ] ){
                //交换相邻两个值
                $temp = $arr[ $j ];
                $arr[ $j ] = $arr[ $j + 1 ];
                $arr[ $j + 1 ] = $temp;
            }
        }
    }
}

2.选择排序算法

//选择排序算法（php）
//author:Hengda
//$arr 待排序数组
//$mode false 正序，true倒序
function selectionSort( &$arr, $mode ){
    //数组元素数
    $len = count( $arr );

    for( $i = 0; $i < $len - 1; $i++ ){
        $k = $i;//初始化最大或者最小值标记

        for( $j = $i + 1; $j < $len; $j++ ){
            //arr[$i] 与后面所有元素比较，并将最大或者最小元素做标记
            if( $mode ? $arr[ $j ] > $arr[ $k ] : $arr[ $j ] < $arr[ $k ] ){
                $k = $j;
            }
        }
        //遍历完交换 arr[i] 和 后续发现的最大或者最小值
        $temp = $arr[ $i ];
        $arr[ $i ] = $arr[ $k ];
        $arr[ $k ] = $temp;
    }

    //return $arr;
}

3.插入排序算法

//插入排序算法（php）
//author:Hengda
//$arr 待排序数组
//$mode false 正序，true倒序
function insertionSort( &$arr, $mode ){
    //数组元素数
    $len = count( $arr );
    //依次向后遍历每个元素，然后依次将此元素与后续元素作对比，比其大或者小的值向后移动，最后将当前元素填入空缺中
    for( $i = 1; $i < $len; $i++ ){
        $temp = $arr[ $i ];
        //依次向前比较并向后移动比其大或者小的
        for( $j = $i-1; $j >=0 && ( $mode ? $arr[ $j ] < $temp : $arr[ $j ] > $temp ); $j-- ){
            //向后移动
            $arr[ $j + 1 ] = $arr[ $j ];
        }
        //填充空缺
        $arr[ $j + 1 ] = $temp;
    }
    //return $arr;
}

4.归并排序算法

//归并排序算法（php）
//author:Hengda
//$arr 待排序数组
//$start $len 每段待排序数据的起始位置和长度
//$mode false 正序，true倒序
function mergeSort( &$arr, $start, $len, $mode ){

    //左右分开排序
    if( $len > 4 ){

        $lstart = $start;//左侧部分起始位置
        $llen = floor( $len / 2 );//左侧部分长度
        $rstart = $lstart + $llen;//右侧部分起始位置
        $rlen = $len - $llen;//右侧部分长度

        mergeSort( $arr, 0, $lstart, $llen, $mode );
        mergeSort( $arr, 0, $rstart, $rlen, $mode );
    }

    //依次向后遍历每个元素，然后依次将此元素与后续元素作对比，比其大或者小的值向后移动，最后将当前元素填入空缺中
    for( $i = $start + 1; $i < $start + $len; $i++ ){

        $temp = $arr[ $i ];
        //依次向前比较并向后移动比其大或者小的
        for( $j = $i-1; $j >=$start && ( $mode ? $arr[ $j ] < $temp : $arr[ $j ] > $temp ); $j-- ){
            //向后移动
            $arr[ $j + 1 ] = $arr[ $j ];
        }
        //填充空缺
        $arr[ $j + 1 ] = $temp;
    }
    //return $arr;
}

5.快速排序算法

//快速排序算法（php）
//author:Hengda
//$arr 待排序数组
//$start $end 每段待排序数据的起始位置（含）和终止位置（含）
//$mode false 正序，true倒序
function quickSort( &$arr, $start, $end, $mode ){

    if( $end > $start ){

        //初始化基准值
        $baseValue = $arr[ $end ];
        $j = $start;

        //遍历整段数据元素，小于等于基准值的放在基准准直左侧（正序），大于等于基准值的放在基准值左侧（倒序）
        for( $i = $start; $i <= $end; $i ++ ){

            //与基准值作比较
            if( $mode ? $arr[ $i ] >= $baseValue : $arr[ $i ] <= $baseValue ){

                //从左端开始依次排列放置，当前排列位置为$j，把原位置的元素向后交换
                $temp = $arr[ $j ];
                $arr[ $j ] = $arr[ $i ];
                $arr[ $i ] = $temp;
                //更新下一个应排列的位置
                $j++;
            }
        }
        //循环中$j在最后的++操作并未使用，这里需要减去，使$j正确标记左右分界元素
        $j--;

        //分界元素在两端是，则靠近分界元素的一端无需再排序
        //分界元素也无需再参与排序，因为左侧的一定小于等于分界元素，右侧的也一定大于等于分界元素
        //分别对分界元素左右两侧的数据段继续排序
        if( $j > $start ) quickSort( $arr, $start, $j-1, $mode );
        if( $j < $end ) quickSort( $arr, $j+1, $end, $mode  );
    }

    //return $arr;
}

6.希尔排序算法

//希尔排序算法（php）
//author: Hengda
//$arr 待排序数组
//$mode 排序模式，true 从大到小，false从小到大
function shellSort( &$arr, $mode ){
    //$i,$j,$k循环控制变量,$temp 用于变量值交换，$gap不同分组间隙差，$len数组长度
    $i; $j; $temp; $gap = 1; $len = count( $arr );
    //计算
    while( $gap < floor( $len / 5 ) ){
        $gap = $gap * 5 + 1;
    }
    
    //遍历不同分组方案，并对每个分组方案进行排序
    for( $gap; $gap > 0; $gap = floor( $gap / 5 ) ){
        
        //以下为插入排序逻辑
        for( $i = $gap; $i < $len; $i++ ){
            
            $temp = $arr[ $i ];
            for( $j = $i - $gap; $j >= 0 && ( $mode ? $arr[ $j ] < $temp : $arr[ $j ] > $temp ); $j -= $gap  ){
                 $arr[ $j + $gap ] = $arr[ $j ];
            }
            $arr[ $j + $gap ] = $temp;
            
        } 
    }
    
    //return $arr;
}

7.堆排序算法

//堆排，堆节点下沉操作
//author: Hengda
//$arr 堆数组, $nodeNo 当前被操作节点序号, $heapLen 堆长度, $mode 排序模式，true 从大到小，false从小到大
function heapNodeSink( &$arr, $nodeNo, $heapLen ,$mode ){

    $temp;//用于交换
    $minOrMaxNodeNo;//用于标记最大或最小节点的下标

    $leftChildNo = $nodeNo * 2 + 1;
    $rightChildNo = $leftChildNo + 1;

    $minOrMaxNodeNo = $nodeNo;//标记最大或者最小节点

    //如果有左孩子，则与左孩子比较，更新最大或者最小节点标记
    if( $leftChildNo < $heapLen ){
        if( $mode ? $arr[ $leftChildNo ] < $arr[ $minOrMaxNodeNo ] : $arr[ $leftChildNo ] > $arr[ $minOrMaxNodeNo ] ){
            $minOrMaxNodeNo = $leftChildNo;
        }
    }
    //如果有右孩子，则与右孩子比较，更新最大或者最小节点标记
    if( $rightChildNo < $heapLen ){
        if( $mode ? $arr[ $rightChildNo ] < $arr[ $minOrMaxNodeNo ] : $arr[ $rightChildNo ] > $arr[ $minOrMaxNodeNo ] ){
            $minOrMaxNodeNo = $rightChildNo;
        }
    }
    //如果需要交换，则交换之
    if( $minOrMaxNodeNo != $nodeNo ){
        //交换
        $temp = $arr[ $nodeNo ];
        $arr[ $nodeNo ] = $arr[ $minOrMaxNodeNo ];
        $arr[ $minOrMaxNodeNo ] = $temp;

        heapNodeSink( $arr, $minOrMaxNodeNo, $heapLen ,$mode );
    }
    //return $arr;
}

//堆排序算法（php）
//author： Hengda
//$arr 堆数组, $mode 排序模式，true 从大到小，false从小到大
function heapSort( &$arr, $mode ){

    $i; $j; $len = count( $arr );
    //将无序数组规范为有序堆，即父总大于子，或者父总小于子
    //最后一个父节点
    $lastFatherNo = floor( $len / 2 ) - 1;
    //从最后一个父节点到第一个父节点，逐一做下沉操作
    for( $i = $lastFatherNo; $i >= 0; $i-- ){
        //下沉节点
        heapNodeSink( $arr, $i, $len ,$mode );
    }

    //将堆顶节点与 堆尾节点做交换，然后将堆长度减去1
    for( $i = $len - 1; $i > 0; $i-- ){
            //交换堆顶与堆尾
            $temp = $arr[ 0 ];
            $arr[ 0 ] = $arr[ $i ];
            $arr[ $i ] = $temp;
            //堆顶下沉操作
            heapNodeSink( $arr, 0, $i ,$mode );
    }
    //return $arr;
}

8.计数排序算法

//计数排序算法（php）由于php数组的键无序，所以统计需要ksort根据数组的键排序，所以做统计排序无意义，这几仅做实现。
//author： Hengda
//$arr 待排序数组,
//$mode 排序模式，true 从大到小，false从小到大
function countingSort( &$arr, $mode ){
    
    $len = count( $arr );

    $countArr = Array();
    //统计
    for( $i = 0; $i < $len; $i++ ){
        if( !isset( $countArr[ $arr[ $i ] ] ) ) $countArr[ $arr[ $i ] ] = 1;
        else $countArr[ $arr[ $i ] ]++;

    }

    $arr = Array();
    //根据键对统计数组排序
    $mode ? krsort( $countArr ) : ksort( $countArr );
    
    //
    foreach( $countArr as $k => $v ){
        for( $j = 0; $j < $v; $j++ ){
            $arr[] = $k;
        }
    }

    return $arr;
}

9.测试以上各排序算法

//测试排序10000个数
$total = !empty( $_GET['total'] ) && is_numeric( $_GET['total'] ) ? $_GET['total'] : 10000;
testSort( $total , true );

测试结果

---------
正在生成 10000个无序数...
生成 10000个无序数完成
快速排序：
正序耗时：0.098215103149414秒
逆序耗时：0.10160207748413秒
---------
希尔排序：
正序耗时：0.086393117904663秒
逆序耗时：0.090419054031372秒
---------
计数排序：
正序耗时：0.012665033340454秒
逆序耗时：0.014392137527466秒
---------
插入排序：
正序耗时：20.502465963364秒
逆序耗时：21.812999010086秒
---------
堆排序：
正序耗时：0.37758088111877秒
逆序耗时：0.37416315078735秒
---------
归并排序：
正序耗时：31.614189863205秒
逆序耗时：22.086561918259秒
---------
选择排序：
正序耗时：31.307014942169秒
逆序耗时：31.074548959732秒
---------
冒泡排序：
正序耗时：53.948215961456秒
逆序耗时：57.123917102814秒

以下是测试代码

//totalNum 测试排序的元素个数
//isPrintArrData 是否打印数组数据
function testSort( $totalNum, $isPrintArrData ){

    //生成测试数据
    $arr = makeData( $totalNum, $isPrintArrData );

    //1>调用测试函数，对 快速排序 算法进行测试
    testOneSortFunc( $arr, 'quickSort', ', 0, count( $arr ) - 1' , "快速排序", $isPrintArrData );
    
    //2>调用测试函数，对 希尔排序 算法进行测试
    //testOneSortFunc( $arr, 'shellSort', "", "希尔排序", $isPrintArrData );

    //3>调用测试函数，对 计数排序 算法进行测试
    testOneSortFunc( $arr, 'countingSort', "", "计数排序", $isPrintArrData );

    //4>调用测试函数，对 插入排序 算法进行测试
    testOneSortFunc( $arr, 'insertionSort', "", "插入排序", $isPrintArrData );

    //5>调用测试函数，对 堆排序 算法进行测试
    testOneSortFunc( $arr, 'heapSort', "", "堆排序", $isPrintArrData );

    //6>调用测试函数，对 归并排序 算法进行测试
    testOneSortFunc( $arr, 'mergeSort', ', 0, count( $arr ) ', "归并排序", $isPrintArrData );

    //7>调用测试函数，对 选择排序 算法进行测试
    testOneSortFunc( $arr, 'selectionSort', "", "选择排序", $isPrintArrData );

    //8>调用测试函数，对 冒泡排序 算法进行测试
    testOneSortFunc( $arr, 'bubbleSort', "", "冒泡排序", $isPrintArrData );
    
}

//
function testOneSortFunc( $arr, $funcName, $funcOtherArgv, $textName, $isPrintArrData ){

    echo "---------<br/>";
    echo $textName."：<br/>";

    //正序排序
    $arr1 = $arr;
    //$funcOtherArgv = ", 0, count(arr1) - 1";
    $stime = microtime( true );

    //quickSort( $arr1, 0, count( $arr ) - 1, false );
    eval( $funcName.'( $arr1'.$funcOtherArgv.", false );" );
    $etime = microtime( true );
    echo "正序耗时：".( $etime - $stime )."秒<br/>";
    if( $isPrintArrData ){
        echo "正序排序结果：";
        echo implode( ',', $arr1 )."<br/>";
    }

    //逆序
    $arr2 = $arr;
    //$funcOtherArgv = ", 0, count(arr1) - 1";
    $stime = microtime( true );

    //quickSort( $arr2, 0, count( $arr ) - 1, true );
    eval( $funcName.'( $arr2'.$funcOtherArgv.", true );" );
    $etime = microtime( true );
    echo "逆序耗时：".( $etime - $stime )."秒<br/>";
    if( $isPrintArrData ){
        echo "倒序排序结果：";
        echo implode( ',', $arr2 )."<br/>";
    }
}

//数据生成函数
function makeData( $totalNum, $isPrintArrData ){

    echo "---------<br/>";
    echo "正在生成 " . $totalNum . "个无序数...<br/>";

    $arr = Array();
    $i = $totalNum;
    while( $i-- ){
        $arr[] = mt_rand( 0, $totalNum );
    }

    echo "生成 " . $totalNum . "个无序数完成<br/>";
    if( $isPrintArrData ){
        echo "原始无序数据：<br/>";
        echo implode( ",", $arr );
    }

    return $arr;
}

/*
//生成$n个随机数组成的数组
//author:Hengda
//$n随机数个数
function makeData( $n ){
    $arr = Array();
    $i = $n;
    while( $i-- ){
        $arr[] = mt_rand( 0, $n );
    }
    return $arr;
}
*/