排序算法总结
排序算法是什么?有多少种?排序算法总结又是怎样?以下是为您整理的排序算法总结，供您参考!
【排序算法总结】
排序算法：一种能将一串数据依照特定的排序方式进行排列的一种算法。
排序算法性能：取决于时间和空间复杂度，其次还得考虑稳定性，及其适应的场景。
稳定性：让原本有相等键值的记录维持相对次序。也就是若一个排序算法是稳定的，当有俩个相等键值的记录R和S，且原本的序列中R在S前，那么排序后的列表中R应该也在S之前。
以下来总结常用的排序算法，加深对排序的理解。
冒泡排序
原理
俩俩比较相邻记录的排序码，若发生逆序，则交换;有俩种方式进行冒泡，一种是先把小的冒泡到前边去，另一种是把大的元素冒泡到后边。
性能
时间复杂度为O(N^2)，空间复杂度为O(1)。排序是稳定的，排序比较次数与初始序列无关，但交换次数与初始序列有关。
优化
若初始序列就是排序好的，对于冒泡排序仍然还要比较O(N^2)次，但无交换次数。可根据这个进行优化，设置一个flag，当在一趟序列中没有发生交换，则该序列已排序好，但优化后排序的时间复杂度没有发生量级的改变。
代码
插入排序
原理
依次选择一个待排序的数据，插入到前边已排好序的序列中。
性能
时间复杂度为O(N^2)，空间复杂度为O(1)。算法是稳定的，比较次数和交换次数都与初始序列有关。
优化
直接插入排序每次往前插入时，是按顺序依次往前找，可在这里进行优化，往前找合适的插入位置时采用二分查找的方式，即折半插入。
折半插入排序相对直接插入排序而言：平均性能更快，时间复杂度降至O(NlogN)，排序是稳定的，但排序的比较次数与初始序列无关，总是需要foor(log(i))+1次排序比较。
使用场景
当数据基本有序时，采用插入排序可以明显减少数据交换和数据移动次数，进而提升排序效率。
代码
希尔排序
原理
插入排序的改进版，是基于插入排序的以下俩点性质而提出的改进方法：
插入排序对几乎已排好序的数据操作时，效率很高，可以达到线性排序的效率。
但插入排序在每次往前插入时只能将数据移动一位，效率比较低。
所以希尔排序的思想是：
先是取一个合适的gap
缩小间隔gap，例如去gap=ceil(gap/2)，重复上述子序列划分和排序
直到，最后gap=1时，将所有元素放在同一个序列中进行插入排序为止。
性能
开始时，gap取值较大，子序列中的元素较少，排序速度快，克服了直接插入排序的缺点;其次，gap值逐渐变小后，虽然子序列的元素逐渐变多，但大多元素已基本有序，所以继承了直接插入排序的优点，能以近线性的速度排好序。
代码
选择排序
原理
每次从未排序的序列中找到最小值，记录并最后存放到已排序序列的末尾
性能
时间复杂度为O(N^2)，空间复杂度为O(1)，排序是不稳定的(把最小值交换到已排序的末尾导致的)，每次都能确定一个元素所在的最终位置，比较次数与初始序列无关。
代码
快速排序
原理
分而治之思想：
Divide：找到基准元素pivot，将数组A[p..r]划分为A[p..pivotpos-1]和A[pivotpos+1…q]，左边的元素都比基准小，右边的元素都比基准大;
Conquer：对俩个划分的数组进行递归排序;
Combine：因为基准的作用，使得俩个子数组就地有序，无需合并操作。
性能
快排的平均时间复杂度为O(NlogN)，空间复杂度为O(logN)，但最坏情况下，时间复杂度为O(N^2)，空间复杂度为O(N);且排序是不稳定的，但每次都能确定一个元素所在序列中的最终位置，复杂度与初始序列有关。
优化
当初始序列是非递减序列时，快排性能下降到最坏情况，主要因为基准每次都是从最左边取得，这时每次只能排好一个元素。
所以快排的优化思路如下：
优化基准，不每次都从左边取，可以进行三路划分，分别取最左边，中间和最右边的中间值，再交换到最左边进行排序;或者进行随机取得待排序数组中的某一个元素，再交换到最左边，进行排序。
在规模较小情况下，采用直接插入排序
代码
归并排序
原理
分而治之思想：
Divide：将n个元素平均划分为各含n/2个元素的子序列;
Conquer：递归的解决俩个规模为n/2的子问题;
Combine：合并俩个已排序的子序列。
性能
时间复杂度总是为O(NlogN)，空间复杂度也总为为O(N)，算法与初始序列无关，排序是稳定的。
优化
优化思路：
在规模较小时，合并排序可采用直接插入;
在写法上，可以在生成辅助数组时，俩头小，中间大，这时不需要再在后边加俩个while循环进行判断，只需一次比完。
代码
堆排序
原理
堆的性质：
是一棵完全二叉树
每个节点的值都大于或等于其子节点的值，为最大堆;反之为最小堆。
堆排序思想：
将待排序的序列构造成一个最大堆，此时序列的最大值为根节点
依次将根节点与待排序序列的最后一个元素交换
再维护从根节点到该元素的前一个节点为最大堆，如此往复，最终得到一个递增序列
性能
时间复杂度为O(NlogN)，空间复杂度为O(1)，因为利用的排序空间仍然是初始的序列，并未开辟新空间。算法是不稳定的，与初始序列无关。
使用场景
想知道最大值或最小值时，比如优先级队列，作业调度等场景。
代码
计数排序
原理
先把每个元素的出现次数算出来，然后算出该元素所在最终排好序列中的绝对位置(最终位置)，再依次把初始序列中的元素，根据该元素所在最终的绝对位置移到排序数组中。
性能
时间复杂度为O(N+K)，空间复杂度为O(N+K)，算法是稳定的，与初始序列无关，不需要进行比较就能排好序的算法。
使用场景
算法只能使用在已知序列中的元素在0-k之间，且要求排序的复杂度在线性效率上。
代码
桶排序
原理
根据待排序列元素的大小范围，均匀独立的划分M个桶
将N个输入元素分布到各个桶中去
再对各个桶中的元素进行排序
此时再按次序把各桶中的元素列出来即是已排序好的。
性能
时间复杂度为O(N+C)，O(C)=O(M(N/M)log(N/M))=O(NlogN-NlogM)，空间复杂度为O(N+M)，算法是稳定的，且与初始序列无关。
使用场景
算法思想和散列中的开散列法差不多，当冲突时放入同一个桶中;可应用于数据量分布比较均匀，或比较侧重于区间数量时。
基数排序
原理
对于有d个关键字时，可以分别按关键字进行排序。有俩种方法：
MSD：先从高位开始进行排序，在每个关键字上，可采用计数排序
LSD：先从低位开始进行排序，在每个关键字上，可采用桶排序
性能
时间复杂度为O(d*(N+K))，空间复杂度为O(N+K)。
总结
以上排序算法的时间、空间与稳定性的总结如下：
光点科技
2023-08-15 广告
