各大排序算法的优缺点以及实现方法
这篇文章，我们来谈谈一些关于排序的东西
注意！这篇文章在写的时候混淆了一个概念，“稳定”本义指的是能保证两个相等的数，经过排序之后，序列的前后位置顺序不变。在本文中理解成了排序的复杂度是否固定！！！望读者分辨清楚！！！
排序是什么？
排序是什么？我们首先要来解决一下这个问题。
排序，就是把一串数字（程序里就是数组）内的东西按照一定的规律来调整顺序。
排序的目的是将一组“无序”的记录序列调整为“有序”的记录序列。
【正题】排序算法是哪些？长什么样？怎么实现？
知道了排序的意义，我们来了解一下排序的种类有哪些。
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冒泡排序 BUB
冒泡排序的意思有点像一次次的交换，把最大/最小的量一次次“推”到最后。
它是这样实现的：
1.从头遍历到尾（a[1]到a[n]），把a[1]与a[2]作对比，如果a[1]大于/小于a[2]那么就要把两者交换（swap(a[1],a[2])）；再把a[2]与a[3]作对比，如果a[2]大于/小于a[3]那么就要把两者交换；以此类推……直到比较到a[n-1]与a[n]，那么此时的a[n]肯定是最大/最小的了。
2.然后再来一轮，从头遍历到尾（a[1]到a[n]），把a[1]与a[2]作对比；再把a[2]与a[3]作对比；
以此类推……
直到最后一轮：值得注意的是，这次只比较到a[n-2]与a[n-1]（因为a[n]已经是最大/最小的了，不用比较a[n]），那么此时的a[n-1]肯定也是最大/最小的了。
这样子说可能有点绕，让我们看动图（黄色是已被排序的，绿色是正在比较中的）：
素材来自VisuAlgo
算法优点：稳定
算法缺点：所需时间太长，时间复杂度高，接近O(n²)
冒泡排序理论上总共要进行n(n-1）/2次交换 -
选择排序 SEL
选择排序比冒泡排序好理解一些。
它是这样实现的：
1.从头遍历到尾，找到其中的最小值，并把这个值与第一个没排序过的量交换。
2.然后再来一轮，从第二个量遍历到尾（a[2]到a[n]），因为此时第一个量已经被排序过了。
以此类推……
来个图（红色是当前最小值，黄色是已被排序的，绿色是比较中的）：
算法优点：移动数据的次数已知。
算法缺点：比较次数多，不稳定。
选择排序总共要进行n-1次交换 -
插入排序 INS
插入排序是这样实现的：
1.将第一个量标记为已排序。
2.然后把第一个没有排序过的量提取出来，一个一个往前寻找，直到找到一个比它小/大的量，然后插入在它后面。
3.然后再来一轮，重复第二步即可。
以此类推……
再来个图（红色是提取的待插入值，黄色是已被排序的，绿色是与红色比较的）：
算法优点：稳定，快。
算法缺点：比较次数不一定，比较次数越多，插入点后的数据移动越多（特别是当数据总量庞大的时候）。但用链表可以解决这个问题。
最好情况：序列已经是期望顺序了，在这种情况下，需要进行的比较操作需(n-1)次即可。
最坏情况：序列是期望顺序的相反序列，那么此时需要进行的比较共有n(n-1)/2次。
插入排序算法的时间复杂度平均为O(n^2) -
归并排序 MER
归并排序就是把元素分为各个部分，让它们组合成有顺序的部分，最后一步步地组成一个整体，这就排完序了。
归并排序这其实让我也思考了很久：到底怎么给大家讲明白呢？
最后我想到一个非常贴切的例子：2048
大家想必都玩过2048这款游戏吧，游戏规则就是把相同的数字相组合，可以斗出一个更大的数（把两数相加）。
而归并排序也很像这款游戏，游戏中的数字就是我们归并部分的长度，唯一不同的地方在于：游戏中数字从2开始，而归并单位的长度初始为1，并且它也只能把相同长度的部分相组合（当然，除了最后一部分，长度为奇数时就无法拼凑完整）。
归并排序是这样实现的：
1.首先将每个元素拆分成大小为1的部分。
2.然后我们就把最前面的两个部分归并，归并步骤如下：- 把两个部分的第一个数字相比较，把当中的最大/最小值抽出来（意思原来的部分的第一个数被删了，第二个来接替，整体往前挪，有点像队列），进入临时队列当中
- 再次进行第一步
以此类推，直到原来的两个部分都没有数了为止，再把临时队列当中的数依次放回原数组
3.然后再来一轮，重复第二步即可。
以此类推……直到只剩下一个部分，组成一个整体。
大家配合下面的动图理解一下（不同的颜色代表不同的部分）：
算法优点：稳定，快。
算法缺点：空间复杂度太高，为O(n)。 没办法，只能以空间换时间
归并算法的时间复杂度平均为O(nlog2n) -
计数排序 COU
计数排序是这样实现的：
1.开一个数组，数组长度为排序数据的最大值与排序数据最小值的差+1。
2.初始化数组，使得数组的每一个值都为0。
3.每处理一个数据，就再以这个数为下标的数组单元+1。（输入进来n，a[n]++）
4.再把数组从头到尾遍历一遍，遇到一个数组单元就输出数组存储的数个 数组下标。（循环i=1~n 每次输出a[i]个i）
又来个图：
算法优点：快。
算法缺点：太太太太太耗内存了内存：“我做错了什么？？？”
最好情况： 空间复杂度非常高，且浪费的空间异常之多。排序数据的最大值有多少，它就得开多大的空间。
计数排序算法的时间复杂度平均为O(2n)
计数排序只适合处理小数据，不适合处理排列稀疏的大数据！！！ -
基数排序/桶排序/箱排序 COU
不适用于负数！！！
“基数排序”与“计数排序”仅一字之差，却大相径庭！前面我们说过，计数排序只适合处理小数据，而计数排序恰恰适合处理位数很多的大数据，一定要注意这个“位数很多”。别急，等我讲完了你就明白了。
基数排序是把数的位数（个、十、百、千、万……）全部分割开来，从小位数到大位数遍历，把他们按照当前遍历到的位数上的数字分别放到10个队列中，分数为遍历排序。
基数排序是这样实现的：
1.开10个队列，队列代表着为0~9。
2.第一轮处理个位，每处理一个数据，就把这个数入代表这个数个位的队列中去，然后再一个个从代表0的队列到代表9的队列依次出队。
3.第二轮处理十位，每处理一个数据，就把这个数入代表这个数十位的队列中去（没有十位算十位为0），然后再一个个从代表0的队列到代表9的队列依次出队。
以此类推……直到所有数的最高位。
最后就可以得到排好序的队列了
以上方法是求升序的方法，那么求降序的方法请朋友们自己好好动脑筋思考！Answer：从代表9的队列到代表0的队列依次出队就可以了
示意动图：
有朋友会发现我们没有再使用之前的 5 3 6 8 3 为例子了，其实我是故意这样的，这样正好体现了基数排序适合处理位数很多的数据的特点！！！
算法优点：稳定，空间复杂度永远是O(10n)。
算法缺点：这是个比较中性的算法，没什么缺点
基数排序算法的时间复杂度为O(n)级（注意是“级”，因为它的时间复杂度变动幅度很大） -
快速排序 QUI
最厉害的当然是压轴啦！
快速排序（Quicksort）是对冒泡排序的一种改进。
作者认为这个比较难理解，请认真学习快排
快速排序是这样实现的：
1.将第一个没遍历过的元素设为轴心点。
2.再往后遍历没遍历过的元素，标记好小于等于轴心元素的与大于轴心元素的。
3.把轴心点放在最后一个小于等于轴心元素的元素的后面，第一个大于轴心元素的元素的前面，并把轴心点标记为已经遍历过的元素。
重复以上步骤，直到所有的元素都被标记为已经遍历过的元素
这是示意图（浅黄色是轴心点，黄色是已被排序的，绿色是小于等于轴心的，紫色是大于轴心的，红色是正在比较中的）：
算法优点：用空间很少，用时一般很少，可谓是在时间复杂度和空间复杂度上找到了“平衡点”
算法缺点：非常不稳定
最好情况：时间复杂度：O(nlog2n)
最坏情况：时间复杂度：O(n^2)
快速排序算法的时间复杂度平均为O(nlog2n)
一些简单的做法
让我们学习一些简单的做法吧：
sort函数
这个函数的原型长这个样：
sort(start,end,cmp)
start表示要排序数组的起始地址；
end表示数组结束地址的下一位；
cmp用于规定排序的方法，可不填，默认升序。
sort函数用于C++中，对给定区间所有元素进行排序，默认为升序，也可进行降序排序。sort函数进行排序的时间复杂度为n*log2n，比冒泡之类的排序算法效率要高，sort函数包含在头文件为#include<algorithm>的c++标准库中。
比如说，我输入了n个数，存在数组arr当中，我想按升序排列（从a[1]开始输入），该怎么调用sort呢？
这样就可以了：
int main()
{
int n;
int arr[100];
cin>>n;
for(int i=1;i<=n;i++){
cin>>arr[i];
}
sort(arr+1,arr+1+n);//arr+1指的是a[1]的地址，arr+1+n同理
for(int i=1;i<=n;i++){
cout<<arr[i];
}
return 0;
}
但，如果我想以降序输出，怎么办呢?
有2种办法：
第一种：直接反过来输出。。。
int main()
{
int n;
int arr[100];
cin>>n;
for(int i=1;i<=n;i++){
cin>>arr[i];
}
sort(arr+1,arr+1+n);//arr+1指的是a[1]的地址，arr+1+n同理
for(int i=n;i>=1;i--){
cout<<arr[i];
}
return 0;
}
第二种：运用cmp
bool cmp(int x,int y){//cmp可以是bool，也可以是int
return x>y;
//x可以理解成前面的数，y 以理解成x后面的数
//升序就是 前面的数<后面的数 所以就是return x<y
//而降序就是 前面的数>后面的数 所以就是return x>y
}
int main()
{
int n;
int arr[100];
cin>>n;
for(int i=1;i<=n;i++){
cin>>arr[i];
}
sort(arr+1,arr+1+n,cmp);
for(int i=n;i>=1;i--){
cout<<arr[i];
}
return 0;
}
有人会说了：为什么还要学第二种方法呢？第一种比第二种简单多了！
但事实是这样的：如果你要给结构体struct排序，sort就不知道你要以哪个量为基准来排序了！
如果你要给结构体struct排序，请这样写：
struct Node{
int a,b;
}arr[100];
bool cmp(Node x,Node y){
return x.a<y.b;//同理，这是升序
}
int main()
{
int n;
cin>>n;
for(int i=1;i<=n;i++){
cin>>arr[i].a>>arr[i].b;
}
sort(arr+1,arr+1+n,cmp);
for(int i=n;i>=1;i--){
cout<<arr[i].a<<' '<<arr[i].b<<endl;
}
return 0;
}
并且，这样写的好处是，结构体里的所有量也会跟着“捆绑在一起”排序，像上面代码里的arr，虽然以a作为基准排序，但b也会跟着a一起交换顺序，这可给我们带来了不少便利！
