排序算法基础
冒泡排序
冒泡排序原理如下（升序）:
1.比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换他们两个。
2.对每一对相邻元素作同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对。这步做完后，最后的元素会是最大的数。
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。
代码实现
def bubble_sort(sort_list):
for j in range(len(sort_list)-1,0,-1):
for i in range(j):
if sort_list[i] > sort_list[i+1]:
sort_list[i], sort_list[i+1] = sort_list[i+1], sort_list[i]
sort_list = [3, 1, 2, 4, 5]
bubble_sort(sort_list)
print(sort_list)
选择排序
选择排序原理如下（升序）:
首先在未排序序列中找到最小（大）元素，存放到排序序列的起始位置，然后，再从剩余未排序元素中继续寻找最小（大）元素，然后放到已排序序列的末尾。以此类推，直到所有元素均排序完毕。
代码实现
def selection_sort(alist):
n = len(alist)
# 需要进行n-1次选择操作
for i in range(n - 1):
# 记录最小位置
min_index = i
# 从i+1位置到末尾选择出最小数据
for j in range(i + 1, n):
if alist[j] < alist[min_index]:
min_index = j
# 如果选择出的数据不在正确位置，进行交换
if min_index != i:
alist[i], alist[min_index] = alist[min_index], alist[i]
alist = [3, 1, 2, 4, 5]
selection_sort(alist)
print(alist)
插入排序
是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是通过构建有序序列，对于未排序数据，在已排序序列中从后向前扫描，找到相应位置并插入。
代码实现
def insert_sort(alist):
# 从第二个位置，即下标为1的元素开始向前插入
for i in range(1, len(alist)):
# 从第i个元素开始向前比较，如果小于前一个元素，交换位置
for j in range(i, 0, -1):
if alist[j] < alist[j - 1]:
alist[j], alist[j - 1] = alist[j - 1], alist[j]
alist = [3, 1, 2, 4, 5]
insert_sort(alist)
print(alist)
快速排序
1.从数列中挑出一个元素，称为”基准”（pivot）. 2.重新排序数列，所有元素比基准值小的摆放在基准前面，所有元素比基准值大的摆在基准的后面（相同的数可以到任一边）。在这个分区结束之后，该基准就处于数列的中间位置。这个称为分区（partition）操作。 3.递归地（recursive）把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序。
def quick_sort(alist, start, end):
# 递归的退出条件
if start >= end:
return
# 设定起始元素为要寻找位置的基准元素
mid = alist[start]
# low为序列左边的由左向右移动的游标
low = start
# high为序列右边的由右向左移动的游标
high = end
while low < high:
# 如果low与high未重合，high指向的元素不比基准元素小，则high向左移动
while low < high and alist[high] >= mid:
high -= 1
# 将high指向的元素放到low的位置上
alist[low] = alist[high]
# 如果low与high未重合，low指向的元素比基准元素小，则low向右移动
while low < high and alist[low] < mid:
low += 1
# 将low指向的元素放到high的位置上
alist[high] = alist[low]
# 退出循环后，low与high重合，此时所指位置为基准元素的正确位置
# 将基准元素放到该位置
alist[low] = mid
# 对基准元素左边的子序列进行快速排序
quick_sort(alist, start, low - 1)
# 对基准元素右边的子序列进行快速排序
quick_sort(alist, low + 1, end)
alist = [54, 26, 93, 17, 77, 31, 44, 55, 20]
quick_sort(alist, 0, len(alist) - 1)
print(alist)
希尔排序
希尔排序(Shell Sort)是插入排序的一种。也称缩小增量排序，是直接插入排序算法的一种更高效的改进版本。希尔排序是非稳定排序算法。该方法因DL．Shell于1959年提出而得名。 希尔排序是把记录按下标的一定增量分组，对每组使用直接插入排序算法排序；随着增量逐渐减少，每组包含的关键词越来越多，当增量减至1时，整个文件恰被分成一组，算法便终止。
代码实现
def shell_sort(alist):
n = len(alist)
# 初始步长
gap = int(n / 2)
while gap > 0:
# 按步长进行插入排序
for i in range(gap, n):
j = i
# 插入排序
while j >= gap and alist[j - gap] > alist[j]:
alist[j - gap], alist[j] = alist[j], alist[j - gap]
j -= gap
# 得到新的步长
gap = int(gap / 2)
alist = [54, 26, 93, 17, 77, 31, 44, 55, 20]
shell_sort(alist)
print(alist)
归并排序
归并排序是采用分治法的一个非常典型的应用。归并排序的思想就是先递归分解数组，再合并数组。
将数组分解最小之后，然后合并两个有序数组，基本思路是比较两个数组的最前面的数，谁小就先取谁，取了后相应的指针就往后移一位。然后再比较，直至一个数组为空，最后把另一个数组的剩余部分复制过来即可。
代码实现
def merge_sort(alist):
if len(alist) <= 1:
return alist
# 二分分解
num = int(len(alist) / 2)
left = merge_sort(alist[:num])
right = merge_sort(alist[num:])
# 合并
return merge(left, right)
def merge(left, right):
# left与right的下标指针
l, r = 0, 0
result = []
while l < len(left) and r < len(right):
if left[l] < right[r]:
result.append(left[l])
l += 1
else:
result.append(right[r])
r += 1
result += left[l:]
result += right[r:]
return result
alist = [54, 26, 93, 17, 77, 31, 44, 55, 20]
sorted_alist = merge_sort(alist)
print(sorted_alist)