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Python冒泡排序、快速排序、堆排序

2025-11-25

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冒泡排序通过相邻元素交换将最大值逐步“浮”到末尾，每轮确定一个最大值位置，具有稳定性但时间复杂度为O(n²)，适合小数据量或教学演示；快速排序采用分治策略，选取基准值将数组划分为两部分并递归排序，平均时间复杂度O(n log n)，效率高但不稳定，广泛应用于实际场景；堆排序基于最大堆性质，每次取出堆顶最大元素并重建堆，时间复杂度O(n log n)，空间复杂度低但不稳定，适用于对内存敏感的场景。三种算法各有优劣，应根据数据规模和稳定性需求选择合适方法。

python冒泡排序、快速排序、堆排序

冒泡排序、快速排序和堆排序是常见的排序算法，各有特点。下面用 Python 实现这三种排序方法，并简要说明其原理和性能。

1. 冒泡排序（Bubble Sort）

冒泡排序通过重复遍历数组，比较相邻元素并交换位置，将最大值“浮”到末尾。每轮确定一个最大值的位置。

特点：稳定、时间复杂度 O(n²)，适合小数据量或教学演示。

实现代码：

def bubble_sort(arr):
    n = len(arr)
    for i in range(n):
        for j in range(0, n - i - 1):
            if arr[j] > arr[j + 1]:
                arr[j], arr[j + 1] = arr[j + 1], arr[j]
    return arr

示例：
print(bubble_sort([64, 34, 25, 12, 22])) # 输出 [12, 22, 25, 34, 64]

2. 快速排序（Quick Sort）

快速排序采用分治策略：选一个基准值（pivot），将数组分为小于和大于基准的两部分，递归排序。

特点：平均时间复杂度 O(n log n)，不稳定，实际应用中效率高。

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实现代码：

def quick_sort(arr):
    if len(arr)         return arr
    pivot = arr[len(arr) // 2]
    left = [x for x in arr if x     middle = [x for x in arr if x == pivot]
    right = [x for x in arr if x > pivot]
    return quick_sort(left) + middle + quick_sort(right)

示例：
print(quick_sort([64, 34, 25, 12, 22])) # 输出 [12, 22, 25, 34, 64]

3. 堆排序（Heap Sort）

堆排序利用最大堆（或最小堆）的性质，每次取出堆顶最大元素放到末尾，重建堆。

特点：时间复杂度 O(n log n)，不稳定，空间复杂度低。

实现代码：

def heapify(arr, n, i):
    largest = i
    l = 2 * i + 1
    r = 2 * i + 2

    if l arr[largest]:
        largest = l

    if r arr[largest]:
        largest = r

    if largest != i:
        arr[i], arr[largest] = arr[largest], arr[i]
        heapify(arr, n, largest)

def heap_sort(arr):
    n = len(arr)

    for i in range(n // 2 - 1, -1, -1):
        heapify(arr, n, i)

    for i in range(n - 1, 0, -1):
        arr[0], arr[i] = arr[i], arr[0]
        heapify(arr, i, 0)

    return arr