排序算法乱炖: 快速排序、归并排序、冒泡排序

一. 快速排序(属于自顶向下)

1. 快速排序原地版

最好情况的时间复杂度：O(nlogn)，logn为递归的层数，n为每层递归中总的时间复杂度。
最差情况的时间复杂度：O(n*n)

def quicksort_inplace(left,right): #子数组第一个元素和最后一个元素在原数组中的位置
    if left >= right: #递归终止条件
        return
    l,r,std = left, right, nums[left] #初始化左指针，右指针和基准值
    while r > l:    ##调整元素位置
        while nums[r] >= std and r > l:
            r -= 1
        tmp = nums[l]
        nums[l] = nums[r]
        nums[r] = tmp
        while nums[l] < std and r > l:
            l += 1
        tmp = nums[r]
        nums[r] = nums[l]
        nums[l] = tmp
    quicksort_inplace(left,l)
    quicksort_inplace(l+1,right)
    
nums = [5,3,6,4,1,2,8,7]
quicksort_inplace(0,len(nums)-1)
print(nums)

2. 快速排序空间换时间版

最好情况的时间复杂度：低于O(nlogn)

#快速排序
#没有if if else的用法
def quicksort_basic(arr):
    if len(arr) <= 1:
        return arr
    left = []
    right = []
    mid = []
    std = arr[len(arr) // 2]
    for x in arr:
        if x == std:
            mid.append(x)
        if x < std:
            left.append(x)
        #else:
        if x > std:
            right.append(x)
    return quicksort_basic(left) + mid + quicksort_basic(right)

二. 归并排序(属于自底向上)

思想：分治。分而治之，递归的把数据一分为二，直到数组中只有一个元素为止。归并的把两个有序数组重新排序。返回一个新数组。具体来说归并的意思如下：假设有两个已经有序的列表，设定两个指针分别指向这两个列表的起始元素，申请内存空间新建一个空列表，比较两个指针指向的元素大小，将较小的元素添加到新列表中，然后将该指针向该列表的下一个元素偏移，继续比较两个指针指向的元素和添加较小的到新列表中。直到其中一个列表的数据全部被添加完时，把另一个列表中剩下的数据按顺序添加到新列表中。这就实现了将两个有序列表合并成一个新的有序列表的方法。

相比于快排，归并的时间复杂度更稳定：保持O(nlogn)，logn为递归的层数，n为每层递归中总的时间复杂度。

#归并排序
nums = [5,3,6,4,1,2,8,7]
def merge_sort(nums):
    if len(nums) <= 1:
        return nums
    left_arr = merge_sort(nums[0:len(nums) // 2])
    right_arr = merge_sort(nums[len(nums) // 2:])
    return merge(left_arr,right_arr)

def merge(left_arr,right_arr):
    rst = []
    pointer1 = 0
    pointer2 = 0
    while pointer1 < len(left_arr) and pointer2 < len(right_arr):
        if left_arr[pointer1] <= right_arr[pointer2]:
            rst.append(left_arr[pointer1])
            pointer1 += 1
        else:
            rst.append(right_arr[pointer2])
            pointer2 += 1
    return rst + right_arr[pointer2:] + left_arr[pointer1:] #技巧：right_arr[pointer2:]中加了冒号就不会报索引超出index的错误
        
rst = merge_sort(nums) 
print(rst)

三. 冒泡排序

核心原理：用两层for循环，每一次外循环都可以把无序中最小的元素放到有序元素的最开始
最差的时间复杂度: O(n*n）

#冒泡排序
nums = [5,3,6,4,1,2,8,7]
def bubbleSort(nums):
    for i in range(len(nums)):
        for j in range(i+1,len(nums)):
            if nums[j] < nums[i]:
                tmp = nums[j]
                nums[j] = nums[i]
                nums[i] = tmp      
bubbleSort(nums) 
print(nums)