经典排序算法

为什么学习数据结构与算法

常见问题

1. Go 1.19 的排序算法是如何设计的？

答：pdqsort

2. 生产环境使用中的排序算法和课本上的排序算法有什么区别？

答：根据不同的实际场景，采取不同的算法实现

3. Go 语言的排序算法是快速排序嘛？

答：主体是快速排序，结合不同情况使用其他排序。

经典排序算法

Insertion Sort 插入排序

将元素不断插入已经排序好的array中

• 其实只有一个元素5，其本身是一个有序序列
• 后续元素插入有序序列中，即不断交换，直到找到第一个比其还小的元素

Best	Avg	worst
O(n)	O(n^2)	O(n^2)

缺点：平均和最坏情况的时间复杂度都是O(n^2)

优点：最好情况的时间复杂度是O(n)

Quick Sort 快速排序（分治思想）

分治思想，不断分割直到序列整体有序

• 选定一个pivot(轴点)
• 使用pivot分割序列，分成元素比pivot大和比pivot小的序列

public class QuickSort {
  	// quickSort 方法是快速排序的入口
    public static void quickSort(int[] arr) {
        quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
    }

    private static void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
        if (low < high) {
            int pivotIndex = partition(arr, low, high);
            quickSort(arr, low, pivotIndex - 1);
            quickSort(arr, pivotIndex + 1, high);
        }
    }
		// partition 方法来实现递归的快速排序过程
    private static int partition(int[] arr, int low, int high) {
        int pivot = arr[high];
        int i = low - 1;

        for (int j = low; j < high; j++) {
            if (arr[j] <= pivot) {
                i++;
                swap(arr, i, j);
            }
        }

        swap(arr, i + 1, high);
        return i + 1;
    }
		
  	// swap 方法用于交换数组中的两个元素。
    private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
        int temp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = temp;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {6, 2, 9, 1, 5, 10, 8};
        quickSort(arr);

        System.out.println("Sorted array:");
        for (int num : arr) {
            System.out.print(num + " ");
        }
    }
}

Best	Avg	worst
O(n*logn)	O(n*logn)	O(n^2)

优点：平均和最坏情况的时间复杂度都是O(n*logn)

缺点：最好情况的时间复杂度是O(n^2)

Heap Sort 堆排序

缺点：平均和最坏情况的时间、最好情况的时间复杂度是O(n*logn)

实际场景 benchmark（基准）

根据序列不同情况划分

• 完全随机的情况（random）
• 有序/逆序的情况（sorted/reverse）
• 元素重复读比较高的情况（mod8）

在此基础上，还需根据序列长度的划分（16/128/1024）

benchmark-random

benchmark-sorted

benchmark 结论

• 所有短序列和元素有序情况下，插入排序性能最好
• 在大部分情况下，快速排序有较好的综合性能
• 几乎在任何情况下，堆排序的表现都比较稳定

插入 ----> 单车

快速 ----> 汽车

堆 ----> 地铁