Javascript實現冒泡排序與快速排序以及對快速排序的性能優化

冒泡排序

介紹

重複遍歷要排序的元素列，依次比較兩個相鄰的元素，前一個元素若比後一個元素大則互換位置。以升序排序爲例，最大的元素會在第一次遍歷後“冒泡”到數組的末端。假如數組長度爲n，在n-1次遍歷後可完成排序。

實現

let arr = [1, 5, 2, 9, 7, 4, 2, 3, 6, 8]

function bubbleSort(arr) {
  let time = arr.length - 1
  while (time) {
    let i = 0
    while (i<time) {
      if (arr[i] > arr[i+1]) [arr[i], arr[i+1]] = [arr[i+1], arr[i]]
      i ++
    }    
    time --
  }
}

bubbleSort(arr)

快速排序

介紹

通過一趟排序將要排序的數據分割成獨立的兩部分，其中一部分的所有數據都比另外一部分的所有數據都要小，然後再按此方法對這兩部分數據分別進行快速排序，整個排序過程可以遞歸進行，以此達到整個數據變成有序序列。

實現

let arr = [1, 5, 2, 9, 7, 4, 2, 3, 6, 8]

function quickSort(arr) {
  if (arr.length <= 1) return arr
  let pivotVal = arr[0],
  smallers = [], 
  biggers = [], 
  idx = 1
  while (idx < arr.length) {
    if (pivotVal > arr[idx]) {
      smallers.push(arr[idx])
    } else {
      biggers.push(arr[idx])
    }
    idx ++
  }
  return quickSort(smallers).concat(pivotVal, quickSort(biggers))
}

quickSort(arr)

這種方法較好理解，就是找一個基準元素，一般是數組的第1位，然後遍歷數組，比基準元素大的元素扔進去一個臨時數組裏，較小的扔進另一個臨時數組裏，最後把這兩個數組和基準元素按順序拼接起來。當然臨時數組還要遞歸調用方法來對內部繼續進行拆分，直到最後產生的臨時數組長度爲0或1爲止。

接下來對此方法進行優化，畢竟這樣一套遞歸下來，新建了不少臨時數組，對性能會有一定的影響。

優化

let arr = [1, 5, 2, 9, 7, 4, 2, 3, 6, 8]

function quickSort2(arr, start, end) {
  while(start >= end) return
  let pivot = start,
  pivotVal = arr[pivot],
  idx = pivot + 1
  while (idx <= end) {
    if (arr[idx] < pivotVal) {
      pivot ++
      if (arr[pivot] != arr[idx]) {
        [arr[pivot], arr[idx]] = [arr[idx], arr[pivot]]
      }
    }
    idx ++
  }
  [arr[pivot], arr[start]] = [arr[start], arr[pivot]]
  quickSort2(arr, pivot + 1, end)
  quickSort2(arr, 0, pivot - 1)
}

quickSort2(arr, 0, arr.length-1)

原理就是以數組的第一個元素爲基準元素，從第二個元素開始對基準元素進行比較，如果比基準元素小則讓基準點前進一位，同時把現基準點上的值與對比元素的值對換。一次遍歷下來後，現基準點所在的位置就是最後一個比基準元素小的元素所在的位置，右邊是大於或者等於基準元素的元素，左邊是小於基準元素的元素（除了第一位，第一位是基準元素），所以最後一步操作就是讓現基準點上的元素和第一位上的元素（基準元素）互換，確保基準點和基準元素對應上。之後遞歸調用就可以完成。

快速排序，簡單高效，但是當序列長度在5到25之間時，直接插入排序的速度比快速排序快至少10%， 改進後的快速排序，當數據規模小於25時，採用直接插入排序。

插入排序

介紹

當插入第i(i ≥ 1)個元素時，假設前面從arr[0]到arr[i-1]已經有序，那麼只需將arr[i]和前面那些有序的數值進行比較，找到自己應該插入的位置即可，原來位置上的元素一次向後順移。

實現

let arr = [0, 99, 2, 6, 1, 10, 2, 3, 1, 9, 0]

function insertSort(arr) {
  let idx = 1
  while(idx < arr.length) {
    while(idx > 0) {
      if (arr[idx] >= arr[idx-1]) break
      [arr[idx], arr[idx-1]] = [arr[idx-1], arr[idx]]    
      idx --
    }
    idx ++
  }
}

insertSort(arr)