交换排序：冒泡排序和快速排序

一、原理

• 冒泡排序
  • 1.比较相邻的元素，如果前一个比后一个大，就交换它们。
  • 2.对每一对相邻元素做同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对。这样一轮比较结束，最大的数被移动到了最后的位置。
  • 3.针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个。
  • 4.持续每次对越来越少的元素重复上面的步骤，直到没有任何一对数字需要比较。
• 快速排序
  • 1.先从数列中取出一个数作为基准数。
  • 2.分区过程，将比这个数大的数全放到它的右边，小于或等于它的数全放到它的左边。
  • 3.再对左右区间重复第二步，直到各区间只有一个数。
    更多参考「快速排序」，对挖坑填数进行总结:
    • 1．i=L; j=R; 将基准数挖出形成第一个坑a[i]。
    • 2．j--由后向前找比它小的数，找到后挖出此数填前一个坑a[i]中。
    • 3．i++由前向后找比它大的数，找到后也挖出此数填到前一个坑a[j]中。
    • 4．再重复执行2，3二步，直到i==j，将基准数填入a[i]中。

二、代码实现

题目：随机给定一个数组，按从小到大排序。

逻辑代码：

from time import time
import numpy as np


# 冒泡排序
def bubble_sort(arr):
    length = len(arr)
    for i in range(length - 1):
        for j in range(0, length - i - 1):
            if arr[j] > arr[j + 1]:
                arr[j], arr[j + 1] = arr[j + 1], arr[j]


# 快速排序
def quick_sort(arr, l, r):
    '''
    采用"挖坑填数+分治法"
    '''
    if l < r:
        i, j, x = l, r, arr[l]  # 取第一个数为基准数
        while i < j:
            while i < j and arr[j] >= x:  # 从右向左找第一个小于x的数
                j -= 1  
            if i < j:
                arr[i] = arr[j]  # 填坑a[i]
                i += 1
            
            while i < j and arr[i] < x:  # 从左向右找第一个大于等于x的数
                i += 1  
            if i < j:
                arr[j] = arr[i]  # 填坑a[j]
                j -= 1
        arr[i] = x  # 将基准数填入a[i]
        quick_sort(arr, l, i - 1)  # 递归调用 
        quick_sort(arr, i + 1, r)


if __name__ == "__main__":
     # 冒泡排序
    np.random.seed(10)
    array = list(np.random.randint(0, 1000, size=(2000,)))
    start = time()
    bubble_sort(array)
    end = time()
    print(f"bubble_sort()函数耗时{end - start}秒")
    print(array[:100])
    
    # 快速排序
    np.random.seed(10)
    array = list(np.random.randint(0, 1000, size=(2000,)))
    start = time()
    quick_sort(array, 0, len(array) - 1)
    end = time()
    print(f"quick_sort()函数耗时{end - start}秒")
    print(array[:100])

运行结果如下，：