排序算法應該是我們每個人剛開始學習時都會接觸的，應該是大部分人學習的第一個算法。常見的排序算法非常多，比如猴子排序、睡眠排序、麪條排序等。這裏我們只學習下最常見、最經典的排序算法。
按照算法的時間複雜度，可以分爲以下三類，我們對着分類去學習，更能加深記憶和對算法的掌握。
如何分析一個“排序算法”？
排序算法的執行效率
- 最好情況、最壞情況、平均情況時間複雜度
- 時間複雜度的係數、常數 、低階
- 比較次數和交換（或移動）次數
排序算法的內存消耗
算法的內存消耗可以通過空間複雜度來衡量，排序算法也不例外。不過，針對排序算法的空間複雜度，我們還引入了一個新的概念，原地排序（Sorted in place）。原地排序算法，就是特指空間複雜度是 O(1) 的排序算法。
排序算法的穩定性
僅僅用執行效率和內存消耗來衡量排序算法的好壞是不夠的。針對排序算法，我們還有一個重要的度量指標，穩定性。這個概念是說，如果待排序的序列中存在值相等的元素，經過排序之後，相等元素之間原有的先後順序不變。
我通過一個例子來解釋一下。比如我們有一組數據 2，9，3，4，8，3，按照大小排序之後就是 2，3，3，4，8，9。這組數據裏有兩個 3。經過某種排序算法排序之後，如果兩個 3 的前後順序沒有改變，那我們就把這種排序算法叫作穩定的排序算法；如果前後順序發生變化，那對應的排序算法就叫作不穩定的排序算法。
冒泡排序（Bubble Sort）
冒泡排序只會操作相鄰的兩個數據。每次冒泡操作都會對相鄰的兩個元素進行比較，看是否滿足大小關係要求。如果不滿足就讓它倆互換。一次冒泡會讓至少一個元素移動到它應該在的位置，重複 n 次，就完成了 n 個數據的排序工作。
我用一個例子，帶你看下冒泡排序的整個過程。我們要對一組數據 4，5，6，3，2，1，從小到大進行排序。第一次冒泡操作的詳細過程就是這樣：
可以看出，經過一次冒泡操作之後，6 這個元素已經存儲在正確的位置上。要想完成所有數據的排序，我們只要進行 6 次這樣的冒泡操作就行了。
實際上，剛講的冒泡過程還可以優化。當某次冒泡操作已經沒有數據交換時，說明已經達到完全有序，不用再繼續執行後續的冒泡操作。我這裏還有另外一個例子，這裏面給 6 個元素排序，只需要 4 次冒泡操作就可以了。
冒泡排序算法的原理比較容易理解，具體的代碼我貼到下面，你可以結合着代碼來看我前面講的原理。
插入排序
首先，我們將數組中的數據分爲兩個區間，已排序區間和未排序區間。初始已排序區間只有一個元素，就是數組的第一個元素。插入算法的核心思想是取未排序區間中的元素，在已排序區間中找到合適的插入位置將其插入，並保證已排序區間數據一直有序。重複這個過程，直到未排序區間中元素爲空，算法結束.
如圖所示，要排序的數據是 4，5，6，1，3，2，其中左側爲已排序區間，右側是未排序區間。
插入排序也包含兩種操作，一種是元素的比較，一種是元素的移動。當我們需要將一個數據 a 插入到已排序區間時，需要拿 a 與已排序區間的元素依次比較大小，找到合適的插入位置。找到插入點之後，我們還需要將插入點之後的元素順序往後移動一位，這樣才能騰出位置給元素 a 插入。
代碼部分也不難，如下所示：
注意，這裏是從尾到頭遍歷已經有序的數據。
選擇排序
選擇排序算法的實現思路有點類似插入排序，也分已排序區間和未排序區間。但是選擇排序每次會從未排序區間中找到最小的元素，將其放到已排序區間的末尾。
也比較簡單，直接看代碼：
擴展
冒泡排序和插入排序的時間複雜度都是 O(n2)，都是原地排序算法，爲什麼插入排序要比冒泡排序更受歡迎呢？
解答：從代碼實現上來看，冒泡排序的數據交換要比插入排序的數據移動要複雜，冒泡排序需要 3 個賦值操作，而插入排序只需要 1 個。我們來看這段操作：
冒泡排序中數據的交換操作：
if (a[j] > a[j+1]) { // 交換
int tmp = a[j];
a[j] = a[j+1];
a[j+1] = tmp;
flag = true;
}
插入排序中數據的移動操作：
if (a[j] > value) {
a[j+1] = a[j]; // 數據移動
} else {
break;
}
我們把執行一個賦值語句的時間粗略地計爲單位時間（unit_time），然後分別用冒泡排序和插入排序對同一個逆序度是 K 的數組進行排序。用冒泡排序，需要 K 次交換操作，每次需要 3 個賦值語句，所以交換操作總耗時就是 3*K 單位時間。而插入排序中數據移動操作只需要 K 個單位時間。
這個只是我們非常理論的分析，爲了實驗，針對上面的冒泡排序和插入排序的 Java 代碼，我寫了一個性能對比測試程序，隨機生成 10000 個數組，每個數組中包含 200 個數據，然後在我的機器上分別用冒泡和插入排序算法來排序，冒泡排序算法大約 555ms 才能執行完成，而插入排序只需要 115ms 左右就能搞定！
總結
要想分析、評價一個排序算法，需要從執行效率、內存消耗和穩定性三個方面來看。這三種時間複雜度是 O(n2) 的排序算法，冒泡排序、插入排序、選擇排序。
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