在路上---学习篇（一）Python 数据结构和算法 (2) -- 冒泡排序、选择排序、插入排序
独白：
第一次接触算法排序， 充满了好奇并且渴望了解其中原理，今天先学习了三种排序的方法，分别是 冒泡排序、选择排序、插入排序。学完以后发现数学知识真的很重要，越牛逼的算法要求知识越多，越精。虽说刚接触有些不容易接受，但我相信凭着不断的主动学习和练习是可以攻克的。最重要的事情 我有兴趣去学习！enjoy！
一、冒泡排序(英语: Bubble Sort)：
是一种简单的排序算法。它重复地遍历要排序的数列，一次比较两个元素，如果他们的顺序错误就把他们交换过来。遍历数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换，也就是说该数列已经排序完成。这个算法的名字由来是因为越小的元素会经由交换慢慢“浮”到数列的顶端。
冒泡排序算法的运作如下：
- 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大（升序），就交换他们两个。
- 对每一对相邻元素作同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对。这步做完后，最后的元素会是最大的数。
- 针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个。
- 持续每次对越来越少的元素重复上面的步骤，直到没有任何一对数字需要比较。
-
时间复杂度
- 最优时间复杂度：O(n) （表示遍历一次发现没有任何可以交换的元素，排序结束。）
- 最坏时间复杂度：O(n2)
- 稳定性：稳定
代码：
"""
冒泡排序
时间复杂度O(n*n)
最优排序：O(n) (遍历一次没发现任何可以交换的元素)
稳定性 ： 稳定
"""
import time
import random
def new_num(lis):
"""随机生成50个数加入列表中"""
for i in range(50):
j = random.randint(0,100000)
lis.append(j)
# 开始时间
first_time = time.time()
def bubble_sort_high(list1):
"""升序排列"""
for j in range(len(list1)-1,0,-1):
for i in range(j):
if list1[i] > list1[i+1]: # 区别
list1[i],list1[i+1] = list1[i+1],list1[i]
def bubble_sort_low(list2):
"""降序排列"""
for j in range(len(list2)-1,0,-1):
for i in range(j):
if list2[i] < list2[i+1]: # 区别
list2[i],list2[i+1] = list2[i+1],list2[i]
# 空列表
lis = []
# 随机函数添加到列表中
new_num(lis)
# 列表排序
bubble_sort_high(lis)
print(lis)
# 结束时间
last_time = time.time()
print("共用时%s" % (last_time - first_time))
二、选择排序
选择排序（Selection sort）是一种简单直观的排序算法。它的工作原理如下。首先在未排序序列中找到最小（大）元素，存放到排序序列的起始位置，然后，再从剩余未排序元素中继续寻找最小（大）元素，然后放到已排序序列的末尾。以此类推，直到所有元素均排序完毕。
选择排序的主要优点与数据移动有关。如果某个元素位于正确的最终位置上，则它不会被移动。选择排序每次交换一对元素，它们当中至少有一个将被移到其最终位置上，因此对n个元素的表进行排序总共进行至多n-1次交换。在所有的完全依靠交换去移动元素的排序方法中，选择排序属于非常好的一种。
时间复杂度
- 最优时间复杂度：O(n2)
- 最坏时间复杂度：O(n2)
- 稳定性：不稳定（考虑升序每次选择最大的情况）
代码
"""
选择排序
最优时间复杂度：O(n*n)
不稳定
"""
import random
import time
def selection_sort_high(list):
""" 升序排列 """
# n 等于列表长度
n = len(list)
# 需要n-1次循环 选择操作
for j in range(n-1):
# 选出最小下标
min_index = j
# 从当前位置 与 其下标后边元素进行比较 选出最小数据
for i in range(j+1,n):
if list[i] < list[min_index]:
min_index = i
# 如果选择出的数据不正确，进行交换
if min_index != j:
list[j], list[min_index] = list[min_index],list[j]
def selection_sort_low(list):
""" 降序排列 """
n = len(list)
for j in range(n-1):
max_index = j
for i in range(j+1,n):
if list[i] > list[max_index]:
max_index = i
list[j],list[max_index] = list[max_index], list[j]
def freestyle(list):
"""另一种表达式"""
n = len(list)
for j in range(n-1,0,-1):
max_index = j
for i in range(j):
if list[i] > list[max_index]:
max_index = i
list[j], list[max_index] = list[max_index],list[j]
def new_num(lis):
"""随机生成50个数加入列表中"""
for i in range(50):
j = random.randint(0,10000)
lis.append(j)
first_time = time.time()
# 空列表
lis = []
# 随机函数添加到列表中
new_num(lis)
# 列表排序
selection_sort_high(lis)
print(lis)
# 结束时间
last_time = time.time()
print("共用时%s" % (last_time - first_time))
三、插入排序
插入排序（英语：Insertion Sort）是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是通过构建有序序列，对于未排序数据，在已排序序列中从后向前扫描，找到相应位置并插入。插入排序在实现上，在从后向前扫描过程中，需要反复把已排序元素逐步向后挪位，为最新元素提供插入空间
时间复杂度
- 最优时间复杂度：O(n) （升序排列，序列已经处于升序状态）
- 最坏时间复杂度：O(n2)
- 稳定性：稳定
代码：
"""
插入排序
时间复杂度：O(n*n)
稳定性：稳定
"""
import random
import time
def insert_sort(list):
n = len(list)
# 从第二个位置 开始插入 即下标为1
for j in range(1,n):
# 从第j个元素开始比较 如果小于前一个元素，则交换位置
for i in range(j,0,-1):
if list[i] < list[i-1]:
list[i],list[i-1] = list[i-1],list[i]
def new_num(lis):
"""随机生成50个数加入列表中"""
for i in range(50):
j = random.randint(0,10000)
lis.append(j)
first_time = time.time()
# 空列表
lis = []
# 随机函数添加到列表中
new_num(lis)
# 列表排序
insert_sort(lis)
print(lis)
# 结束时间
last_time = time.time()
print("共用时%s" % (last_time - first_time))
