1. 概述

　　排序算法是計算機技術中最基本的算法，許多復雜算法都會用到排序。盡管各種排序算法都已被封裝成庫函數供程序員使用，但了解排序算法的思想和原理，對于編寫高質量的軟件，顯得非常重要。

　　本文介紹了常見的排序算法，從算法思想，復雜度和使用場景等方面做了總結。

2. 幾個概念

　　（1）排序穩定：如果兩個數相同，對他們進行的排序結果為他們的相對順序不變。例如A={1,2,1,2,1}這里排序之后是A = {1,1,1,2,2} 穩定就是排序后第一個1就是排序前的第一個1，第二個1就是排序前第二個1，第三個1就是排序前的第三個1。同理2也是一樣。不穩定就是他們的順序與開始順序不一致。

　　（2）原地排序：指不申請多余的空間進行的排序，就是在原來的排序數據中比較和交換的排序。例如快速排序，堆排序等都是原地排序，合并排序，計數排序等不是原地排序。

　　總體上說，排序算法有兩種設計思路，一種是基于比較，另一種不是基于比較。《算法導論》一書給出了這樣一個證明：“基于比較的算法的最優時間復雜度是O（N lg N）”。對于基于比較的算法，有三種設計思路，分別為：插入排序，交換排序和選擇排序。非基于比較的排序算法時間復雜度為O(lg N)，之所以復雜度如此低，是因為它們一般對排序數據有特殊要求。如計數排序要求數據范圍不會太大，基數排序要求數據可以分解成多個屬性等。

3. 基于比較的排序算法

　　正如前一節介紹的，基于比較的排序算法有三種設計思路，分別為插入，交換和選擇。對于插入排序，主要有直接插入排序，希爾排序；對于交換排序，主要有冒泡排序，快速排序；對于選擇排序，主要有簡單選擇排序，堆排序；其它排序：歸并排序。

　　3.1 插入排序

　　（1） 直接插入排序

　　特點：穩定排序，原地排序，時間復雜度O(N*N)

　　思想：將所有待排序數據分成兩個序列，一個是有序序列S，另一個是待排序序列U，初始時，S為空，U為所有數據組成的數列，然后依次將U中的數據插到有序序列S中，直到U變為空。

　　適用場景：當數據已經基本有序時，采用插入排序可以明顯減少數據交換和數據移動次數，進而提升排序效率。

　　（2）希爾排序

　　特點：非穩定排序，原地排序，時間復雜度O(n^lamda)(1 < lamda < 2), lamda和每次步長選擇有關。

　　思想：增量縮小排序。先將序列按增量劃分為元素個數近似的若干組，使用直接插入排序法對每組進行排序，然后不斷縮小增量直至為1，最后使用直接插入排序完成排序。

　　適用場景：因為增量初始值不容易選擇，所以該算法不常用。

　　3.2 交換排序

　　（1）冒泡排序

　　特點：穩定排序，原地排序，時間復雜度O(N*N)

　　思想：將整個序列分為無序和有序兩個子序列，不斷通過交換較大元素至無序子序列首完成排序。

　　適用場景：同直接插入排序類似

　　（2）快速排序

　　特點：不穩定排序，原地排序，時間復雜度O(N*lg N)

　　思想：不斷尋找一個序列的樞軸點，然后分別把小于和大于樞軸點的數據移到樞軸點兩邊，然后在兩邊數列中繼續這樣的操作，直至全部序列排序完成。

　　適用場景：應用很廣泛，差不多各種語言均提供了快排API

　　3.3 選擇排序

　　（1）簡單選擇排序

　　特點：不穩定排序（比如對3 3 2三個數進行排序，第一個3會與2交換），原地排序，時間復雜度O(N*N)

　　思想：將序列劃分為無序和有序兩個子序列，尋找無序序列中的最小（大）值和無序序列的首元素交換，有序區擴大一個，循環下去，最終完成全部排序。

　　適用場景：交換少

　　（2） 堆排序

　　特點：非穩定排序，原地排序，時間復雜度O(N*lg N)

　　思想：小頂堆或者大頂堆

　　適用場景：不如快排廣泛

　　3.4 其它排序

　　（1） 歸并排序

　　特點：穩定排序，非原地排序，時間復雜度O(N*N)

　　思想：首先，將整個序列（共N個元素）看成N個有序子序列，然后依次合并相鄰的兩個子序列，這樣一直下去，直至變成一個整體有序的序列。

　　適用場景：外部排序