常见的几种算法排序（C#）

总结下常见的几种排序及其实现，帮助自己加深记忆。

一、冒泡排序

1、原理： 通过依次比较相邻的元素，将较大（或较小）的元素交换到右侧，直到整个序列有序。

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 public static int[] BuddleSort(int[] arry)
    { 
        int n= arry.Length;
        for (int i = 0; i < n; i++)
        {
            for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++)
            {
                if (arry[j] < arry[j + 1])
                { 
                    int temp = arry[j];
                    arry[j] = arry[j + 1];
                    arry[j + 1]= temp;
                }
            }
        }
        return arry;
    }

2、算法步骤：

冒泡排序的基本步骤：

（1）遍历数组：从第一个元素开始，依次比较相邻的两个元素。

（2）比较相邻元素：比较当前元素和下一个元素的大小关系。

（3）交换位置：如果当前元素大于下一个元素（升序排序），则交换它们的位置，否则不做任何操作。

（4）遍历次数：完成一轮遍历后，最大（或最小）的元素就会沉到数组的最后一个位置。

（5）重复步骤：重复执行以上步骤，直到数组中的所有元素都已经排序完成。

3、举例：

冒泡排序的每个步骤涉及多次比较和可能的交换操作。这里是对数组 [65, 24, 12, 32, 4, 15] 进行冒泡排序时的每个步骤的输出：

初始数组：[65, 24, 12, 32, 4, 15]

第1次内循环执行后：[24, 12, 32, 4, 15, 65]

第2次内循环执行后：[12, 24, 4, 15, 32, 65]

第3次内循环执行后：[12, 4, 15, 24, 32, 65]

第4次内循环执行后：[4, 12, 15, 24, 32, 65]

第5次内循环执行后：[4, 12, 15, 24, 32, 65]

因此，经过选择排序算法的执行后，数组变为 [4, 12, 15, 24, 32, 65]。
4、时间复杂度

冒泡排序的时间复杂度为 O(n^2)。

二、选择排序

1、原理： 每次从未排序的部分选择最小（或最大）的元素，放到已排序部分的末尾，直到整个序列有序。

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public static int[] SelectSort(int[] arry)
    {
        int n = arry.Length;
        int temp;
        for (int i = 0; i < n - 1; i++)
        {
            int minIndex = i;
            for (int j = i+1; j < n - 1 ; j++)
            {
                if(arry[j]<arry[minIndex])
                    minIndex = j;                     
            }
            temp = arry[i];
            arry[i] = arry[minIndex];
            arry[minIndex] = temp;
        }

        return arry;
    }

2、算法步骤：

首先，找到数组中最小的元素，并将其与数组的第一个元素交换位置。

接下来，在剩余的未排序部分中找到最小的元素，并将其与数组的第二个元素交换位置。

以此类推，直到所有元素都被排序。

3、举例

比如我有个数组[65, 24, 12, 32, 4, 15]，使用选择排序每次内循环执行后的输出内容如下：

初始状态：[65, 24, 12, 32, 4, 15]

第1次内循环执行后：[4, 24, 12, 32, 65, 15]

第2次内循环执行后：[4, 12, 24, 32, 65, 15]

第3次内循环执行后：[4, 12, 15, 32, 65, 24]

第4次内循环执行后：[4, 12, 15, 24, 65, 32]

第5次内循环执行后：[4, 12, 15, 24, 32, 65]

因此，经过选择排序算法的执行后，数组变为 [4, 12, 15, 24, 32, 65]。

4、时间复杂度

选择排序的时间复杂度为 O(n^2)。

三、插入排序

1、原理：将数组分为已排序和未排序两部分，每次从未排序部分取出一个元素，插入到已排序部分的合适位置。

方法一：

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 public static int[] InsertSort(int[] arry)
    {
        int n=arry.Length;
        for (int i = 1; i < n; i++)
        {
            int key = arry[i];
            int j = i - 1;
            while (j >= 0 && key > arry[j]) 
            {
                arry[j+1]=arry[j];
                j--;
            }
            arry[j+ 1] = key;
        }
        return arry;
    }

插入排序方法二，我把方法一中内循环结束把key赋值的地方修改到内循环中了，感觉这种更好理解，类似于交换数据，但可能效率没有方法一好。

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 public static int[] InsertSort2(int[] arry)
    {
        int n = arry.Length;
        for (int i = 1; i < n; i++)
        {
            int key = arry[i];
            int j = i - 1;
            while (j >= 0 && key > arry[j])
            {
                arry[j+1] = arry[j];
                arry[j]= key;
                j--;
            }
        }
        return arry;
    }

2、算法步骤：

（1）从第一个元素开始，将该元素视为已排序部分。

（2）取出下一个元素，在已排序部分从后往前扫描。

（3）如果已排序部分的元素大于新元素，将该元素向右移动一个位置。

（4）重复步骤3，直到找到已排序部分的元素小于或等于新元素的位置。

（5）将新元素插入到找到的位置。

（6）重复步骤2到步骤5，直到所有元素都被插入到已排序部分。

3、举例

比如我有个数组[65, 24, 12, 32, 4, 15]，使用插入排序每次内循环执行后的输出内容如下：

初始序列：[65, 24, 12, 32, 4, 15]

第一次循环后：[24, 65, 12, 32, 4, 15]

第二次循环后：[12, 24, 65, 32, 4, 15]

第三次循环后：[12, 24, 32, 65, 4, 15]

第四次循环后：[4, 12, 24, 32, 65, 15]

第五次循环后：[4, 12, 15, 24, 32, 65]

最终排序完成的序列为：[4, 12, 15, 24, 32, 65]

四、快速排序

1、原理

选择一个基准元素，将数组分成两部分，左边的部分小于基准，右边的部分大于基准，然后对左右两部分递归进行排序，直到整个数组有序。

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public static int[] QuickSort(int[] arry,int low, int high)
    {
        if (low < high)
        { 
            int pivot =Partition(arry,low,high);
            QuickSort(arry,low,pivot-1);
            QuickSort(arry, pivot+1, high);
        }
        return arry;
    }

 public static int Partition(int[] arry, int low, int high)
    {
        int pivot = arry[low]; // 将第一个元素作为基准元素

        while (low < high)
        {
            // 从右向左找到一个小于基准元素的值
            while (low < high && arry[high] >= pivot)
            {
                high--;
            }
            // 将这个小于基准元素的值放到左侧
            arry[low] = arry[high];

            // 从左向右找到一个大于基准元素的值
            while (low < high && arry[low] <= pivot)
            {
                low++;
            }
            // 将这个大于基准元素的值放到右侧
            arry[high] = arry[low];
        }

        // 将基准元素放到正确的位置上
        arry[low] = pivot;

        // 返回基准元素的索引
        return low;
    }

2、算法步骤：

（1）选择基准元素 ：从数组中选择一个基准元素，通常是数组的第一个元素、最后一个元素或者中间的元素。

（2）分区操作 ：将数组中的元素按照基准元素的大小分成两部分，小于基准元素的放在基准元素的左边，大于基准元素的放在右边。分区操作完成后，基准元素的位置就确定了。

Partition函数中的While循环解释如下：选择arry[0]作为基准元素。

双指针移动：使用两个指针分别指向数组的起始位置和结束位置。左指针从左向右移动，直到找到一个大于或等于基准元素的值；右指针从右向左移动，直到找到一个小于或等于基准元素的值。
交换元素：一旦找到了左侧大于基准元素和右侧小于基准元素的值对，就交换它们的位置。这样，就保证了左侧的元素都小于等于基准元素，右侧的元素都大于等于基准元素。
重复操作：继续移动双指针，直到它们相遇为止。此时，所有小于基准元素的值都在基准元素的左侧，所有大于基准元素的值都在基准元素的右侧。
基准元素归位：将基准元素放置在正确的位置上，一般是与相遇点进行交换。
（3）递归排序 ：递归地对基准元素左右两边的子数组进行快速排序，直到子数组的大小为 0 或 1，即已经有序。
（4）合并结果 ：当所有的子数组都有序时，整个数组也就有序了。
说明：网上有很多视频可以很好的解释这个算法的排序规则，可以在B站搜索看下。

3、时间复杂度

快速排序的平均时间复杂度是O(nlogn)，但是在实际排序中，时间复杂度和基准元素（枢轴）的选择有关。如果枢轴选取不好，那么快速排序有可能就会退化为冒泡排序，时间复杂度为O(n*n)。