程序员，你应该知道的基础排序算法
冒泡排序（Bubble Sort）
原理
冒泡排序只会操作相邻的两个数据。每次冒泡操作都会对相邻的两个元素进行比较，看是否满足大小关系要求。如果不满足就让它俩互换。一次冒泡会让至少一个元素移动到它应该在的位置，重复 n 次，就完成了 n 个数据的排序工作。
图解
图片来源网络，侵权即删
性能
- 时间复杂度：O(n²)
- 最好时间复杂度：O(n)
- 最差时间复杂度：O(n²)
- 平均时间复杂度：O(n²)
- 空间复杂度：O(1)
代码
public static void bubbleSort(int[] a, int n) {
if (n <= 1) return;
for (int i = 0; i < n; ++i) {
// 如果没有数据交换，则提前退出,提前退出冒泡循环的标志位
boolean flag = false;
for (int j = 0; j < n - i - 1; ++j) {
if (a[j] > a[j+1]) { // 交换
int tmp = a[j];
a[j] = a[j+1];
a[j+1] = tmp;
flag = true; // 表示有数据交换
}
}
if (!flag) break; // 没有数据交换，提前退出
}
}插入排序（Insertion Sort）
原理
插入排序就像我们玩棋牌一样，每次摸的牌我们都会插入到合适的位置，保证我们的牌是有序的，在这个过程中我们有一个比大小的操作，插入排序没我们手动方便，插入排序除了比大小之外还需要元素移动。例如：需要将一个数据 a 插入到已排序区间时，需要拿 a 与已排序区间的元素依次比较大小，找到合适的插入位置。找到插入点之后，我们还需要将插入点之后的元素顺序往后移动一位，这样才能腾出位置给元素 a 插入。
图解
图片来源网络，侵权即删
性能
- 时间复杂度：O(n²)
- 最好时间复杂度：O(n)
- 最差时间复杂度：O(n²)
- 平均时间复杂度：O(n²)
-
空间复杂度：O(1)
代码
// 插入排序，a 表示数组，n 表示数组大小
public static void insertionSort(int[] a, int n) {
if (n <= 1) return;
for (int i = 1; i < n; ++i) {
int value = a[i];
int j = i - 1;
// 查找插入的位置
for (; j >= 0; --j) {
if (a[j] > value) {
a[j + 1] = a[j]; // 数据移动
} else {
break;
}
}
a[j + 1] = value; // 插入数据
}
}选择排序（Selection Sort）
原理
选择排序的思想很简单，从数组的下标i=0开始，在i+1后面找出最小的一个元素与i对应的值比大小，如果i+1的值小于i的值，则将这两个数进行交换，然后i++后面重这种操作，直到整个数组排好序。
图解
图片来源网络，侵权即删
性能
- 时间复杂度：O(n²)
- 最好时间复杂度：O(n²)
- 最差时间复杂度：O(n²)
- 平均时间复杂度：O(n²)
- 空间复杂度：O(1)
代码
public static void sort(int arr[],int n){
for( int i = 0;i < n ; i++ ){
int min = i;//最小元素的下标
for(int j = i + 1;j < n; j++ ){
if(arr[j] < arr[min]){
min = j;//找最小值
}
}
//交换位置
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[min];
arr[min] = temp;
}
}归并排序（Merge Sort）
原理
归并排序采用的是分而治之的思想，我们将要排序的数组从中间分成两半，分别对前后两个数组进行排序，然后将接口合并，这样整个数据就有序了。
归并排序一般我们采用递归的方式，将数组进行拆分到不可分为止，然后对不可拆分的数组进行排序，左右两半数组分别从第一个开始逐一比较大小，放入到新的临时数组中，当左右两半的值一样时，将左边的值先放入到数组中，最后判断左右两边是否有剩余，将剩余的数组加入到临时数组中，经过上面的操作后，整个数组都有序了，最后需要将临时数组的值拷贝回原数组中，整个归并排序就完成了。
图解
我们以数组40, 2, 11, 5, 15, 6, 90, 10来演示归并排序的过程
性能
- 时间复杂度：O(nlogn)
- 最好时间复杂度：O(nlogn)
- 最差时间复杂度：O(nlogn)
- 平均时间复杂度：O(nlogn)
- 空间复杂度：O(n)
代码
/**
* 递归 将数组分成两半，分别对前后两部分排序
*
* @param nums 数组
* @param leftPtr 左半边开始下标
* @param rightPtr 右半边结束下标
*/
public static void merge_sort(int[] nums, int leftPtr, int rightPtr) {
if (leftPtr >= rightPtr) return;
// 将数组分成两半
int mid = leftPtr + (rightPtr - leftPtr) / 2;
// 左半边排序
merge_sort(nums, leftPtr, mid);
// 右半边排序
merge_sort(nums, mid + 1, rightPtr);
merge(nums, leftPtr, mid + 1, rightPtr);
}
/**
* 将前后两半排好序的数组进行合并
*
* @param nums
* @param leftPtr 左半边开始下标值
* @param rightPtr 右半边开始下标值
* @param rightBound 左半边结束值
*/
public static void merge(int[] nums, int leftPtr, int rightPtr, int rightBound) {
// 新开辟临时排序数组
int[] sortNums = new int[rightBound - leftPtr + 1];
// 求出中间值
int mid = rightPtr - 1;
// 前半部分数组起始下标
int i = leftPtr;
// 后半部分起始下标
int j = rightPtr;
// 临时排序数组的起始下标
int k = 0;
// 左右两边分别逐一比较，将小的存入到临时数组
while (i <= mid && j <= rightBound) {
sortNums[k++] = nums[i] <= nums[j] ? nums[i++] : nums[j++];
}
// 判断左半边时候有剩下
while (i <= mid) sortNums[k++] = nums[i++];
// 判断右半边时候有剩下
while (j <= rightBound) sortNums[k++] = nums[j++];
// 将数组拷贝回nums
for (int m = 0; m < sortNums.length; m++) nums[leftPtr + m] = sortNums[m];
}快速排序（Quick Sort）
原理
快速排序也称做快排，快排跟归并排序一样也是利分治思想。快排分为单轴快排和双轴快排，因为双轴排序效率比单抽排序效率高，所以这篇主要讲的是双轴排序。快速排序每次从数组中随机选择一个元素作为pivot（一般情况下，选择数组的最后一个元素），然后从数组的第一个元素和分区值前一个元素开始进行查找，从第一个元素开始查找比分区值大的第一个数A，从分区值前面的一个数往前开始查找，找到第一个比分区值小的数B，将A和B交换位置，直到左边开始查找的下标大于右边开始查找的下标停止查找，然后将分区值与第一个大于分区值的数交换位置，这样分区值左边的数就全部小于分区值，右边的数全部大于分区值。继续遍历左右两边的数组，直到整个数组排好序。
图解
我们以数组40, 2, 11, 5, 15, 6, 90, 10来演示快速排序的过程
选择数组最右边的值作为分区值，即黄颜色的数组10，建立两个下标索引，一个指向数组的第一个元素left，一个指向分区值的前一位数组的元素right，即图中用红色箭头标出来的地方。从左边开始找出第一个比分区值大的元素，从右边找出第一个比分区值小的元素，将这两个元素进行交换并且将坐标往后移，即图中的第二步和第三步，按照上面的规则继续查找，直到left > right 为止。将分区值与left所指的元素进行交换，这样分区值左边的数都是比分区值小的，右边的数都是被分区值大的。按照上面的规则继续遍历左右两边的数组，最后整个数组就排好序了。
性能
- 时间复杂度：O(nlogn)
- 最好时间复杂度：O(nlogn)
- 最差时间复杂度：O(n²)
- 平均时间复杂度：O(nlogn)
- 空间复杂度：O(logn)
代码
// 递归
public static void sort(int[] nums, int leftBound, int rightBound) {
if (leftBound >= rightBound) return;
// 分区值的下标位置
int mid = partition(nums, leftBound, rightBound);
// 左分区排序
sort(nums, leftBound, mid - 1);
// 右分区排序
sort(nums, mid, rightBound);
}
// 分区
public static int partition(int[] nums, int leftBound, int rightBound) {
// 分区点的值
int piovt = nums[rightBound];
// 左边下标
int left = leftBound;
//右边起始下标
int right = rightBound - 1;
while (left <= right) {
// 找到第一个大于分区值的
while (left <= right && nums[left] <= piovt) left++;
// 找到第一个小于分区值的
while (left <= right && nums[right] > piovt) right--;
// 将左右两边的值进行交换
if (left < right) swap(nums, left, right);
}
// 将left的值与分区值交换位置
swap(nums, left, rightBound);
return left;
}
/**
* 数据交换
*
* @param nums
* @param i
* @param k
*/
public static void swap(int[] nums, int i, int k) {
int temp = nums[i];
nums[i] = nums[k];
nums[k] = temp;
}桶排序（Bucket sort）
原理
桶排序，顾名思义，会用到“桶”，核心思想是将要排序的数据按照范围分到几个桶里，每个桶里的数据再单独进行排序。桶内排完序之后，再把每个桶里的数据按照顺序依次取出，组成的序列就是有序的了。
图解
我们以数组90,85,63,34,42,12,10来演示桶排序的过程
性能
- 时间复杂度：O(n)
- 最好时间复杂度：O(n)
- 最差时间复杂度：O(nlogn)
- 平均时间复杂度：O(n)
-
空间复杂度：O(n)
代码
public static void sort(int[] nums) {
//最大值
int maxValue = nums[0];
// 最小值
int minValue = nums[0];
int length = nums.length;
/**
* 求出最大最小值
*/
for (int i = 1; i < length; i++) {
if (nums[i] > maxValue) {
maxValue = nums[i];
} else if (nums[i] < minValue) {
minValue = nums[i];
}
}
//最大值和最小值的差,
int diff = maxValue - minValue;
//初始化桶列表
ArrayList<ArrayList<Integer>> bucketList = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < length; i++) {
bucketList.add(new ArrayList<Integer>());
}
//桶之间的数值间距
float section = (float) diff / (float) (length - 1);
//数据入桶
for (int i = 0; i < length; i++) {
//当前数除以区间得出存放桶的位置 减1后得出桶的下标
int num = (int) (nums[i] / section) - 1;
if (num < 0) {
num = 0;
}
bucketList.get(num).add(nums[i]);
}
//桶内排序
for (int i = 0; i < bucketList.size(); i++) {
//jdk内置的集合排序框架
Collections.sort(bucketList.get(i));
}
//写入原数组
int index = 0;
for (ArrayList<Integer> arrayList : bucketList) {
for (int value : arrayList) {
nums[index] = value;
index++;
}
}
}计数排序（Counting sort）
原理
计数排序其实是桶排序的一种特殊情况,当要排序的 n 个数据，所处的范围并不大的时候，比如最大值是 k，我们就可以把数据划分成 k 个桶。每个桶内的数据值都是相同的，省掉了桶内排序的时间。比如腾讯面试题，不用数据交换，查询出你的成绩排名？考生的满分是 750 分，最小是 0 分，这个数据的范围很小，所以我们可以分成 750 个桶，对应分数从 0 分到 750 分。根据考生的成绩，我们将这 50 万考生划分到这 750 个桶里。桶内的数据都是分数相同的考生，所以并不需要再进行排序。我们只需要依次扫描每个桶，将桶内的考生依次输出到一个数组中，就实现了 50 万考生的排序。
图解
我们以数组5,8,9,7,8,4,5,6,9,3,0,2,1来演示计数排序的过程
性能
- 时间复杂度：O(n)
- 最好时间复杂度：O(n)
- 最差时间复杂度：O(n)
- 平均时间复杂度：O(n)
- 空间复杂度：O(n)
代码
/**
* 计数排序
*
* @param nums 待排序数组
* @param rangeCount 数组范围个数
* @param min 最小的个数
* @return
*/
public static int[] countingSort(int[] nums, int rangeCount, int min) {
int[] result = new int[nums.length];
// 定义计数桶
int[] count = new int[rangeCount + min];
// 将数据添加到桶里
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
count[nums[i]]++;
}
// 遍历桶 将数据写入到返回数组中
for (int i = min, j = 0; i < count.length; i++) {
while (count[i]-- > 0) result[j++] = i;
}
return result;
}基数排序（Radix sort）
原理
基数排序也是桶排序的一种，基数排序对要排序的数据是有要求的，需要可以分割出独立的“位”来比较，而且位之间有递进的关系，如果 a 数据的高位比 b 数据大，那剩下的低位就不用比较了，除此之外，每一位的数据范围不能太大，要可以用线性排序算法来排序。例如假设我们有 10 万个手机号码，需要按照从小到大的顺序对电话号码排序，前面的快排、桶排序、计数排序都可以进行快速的排序，但是内存有限，不允许你做这样的操作，这是就可以使用基数排序来解决这个问题。
图解
我们以数组2154,5896,356,201,698,412来演示基数排序的过程
性能
- 时间复杂度：O(n*k)
- 最好时间复杂度：O(n*k)
- 最差时间复杂度：O(n*k)
- 平均时间复杂度：O(n*k)
- 空间复杂度：O(n+k)
代码
public static void radixSort(int[] nums){
// 记录数组的大小
int length = nums.length;
//最大值
int numMax = nums[0];
for(int i = 0;i < length;i++){
if(nums[i] > numMax){
numMax = nums[i];
}
}
//当前排序位置
int location = 1;
//桶列表 一个桶中会有多个不同的元素
ArrayList<ArrayList<Integer>> bucketList = new ArrayList<>();
//初始化一个空桶
for(int i = 0; i < 10; i++){
bucketList.add(new ArrayList<Integer>());
}
while(true)
{
//求出每位数的最小值
int min = (int)Math.pow(10,(location - 1));
// 判断最大值是否小于每位数的最小值，小于就结束
if(numMax < min){
break;
}
//遍历数据，将数据写入桶
for(int i = 0; i < length; i++)
{
//计算余数 放入相应的桶
int number = ((nums[i] / min) % 10);
bucketList.get(number).add(nums[i]);
}
//将数从桶中取回，重新组成数组
int k = 0;
for (int i=0;i<10;i++){
int size = bucketList.get(i).size();
for(int j = 0;j < size;j ++){
nums[k++] = bucketList.get(i).get(j);
}
// 将桶清空，用于下一次排序
bucketList.get(i).clear();
}
// 位数加一
location++;
}
}
以上就是编程中的基本排序算法，基本排序算法，在很多组件内部使用，如果对基础排序了解的话，对你阅读源码还是有些帮助的，非常感觉你看到这里，希望这篇文章对你有所帮助。
如果您发现文中错误，还请多多指教。欢迎关注个人公众号，一起交流学习。