JavaScript 五大基础排序算法原理与代码实现
本文详细解析前端面试中常见的五种基础排序算法：插入排序、选择排序、归并排序、冒泡排序及快速排序。通过动画演示与实例讲解，深入阐述各算法的核心原理、编程思路及时间复杂度，并提供完整的 JavaScript 实现代码，帮助开发者掌握排序逻辑并应对技术面试。
本文详细介绍 JavaScript 前端开发中必备的基础排序算法原理及其具体实现方法，供读者参考学习。
排序算法是技术面试与笔试中的高频考点。本文将通过动画演示直观展示排序过程，结合具体实例进行讲解，并最后提供完整的 JavaScript 版本排序算法代码。
插入排序
算法核心逻辑如下： 1. 初始状态下，认为数组的第一个元素已处于排序状态。 2. 依次取出下一个未排序的元素，在已排序的元素序列中从后向前进行扫描。 3. 若已排序的元素大于新取出的元素，则将已排序元素向后移动一位。 4. 重复步骤 3，直到找到已排序元素小于或等于新元素的位置。 5. 将新元素插入到该位置之后。 6. 重复步骤 2 至 5，直至所有元素处理完毕。
示例数组设定为：arr = [5, 6, 3, 1, 8, 7, 2, 4]
[5] 6 3 1 8 7 2 4 //第一个元素被认为已经被排序
[5,6] 3 1 8 7 2 4 //6与5比较，放在5的右边
[3，5，6] 1 8 7 2 4 //3与6和5比较，都小，则放入数组头部
[1,3,5,6] 8 7 2 4 //1与3,5,6比较，则放入头部
[1,3，5，6，8] 7 2 4
[1,3，5，6,7，8] 2 4
[1，2,3，5，6,7，8] 4
[1，2,3，4，5，6,7，8] 编程实现思路：采用双层循环结构。外循环负责遍历未排序部分的元素，内循环处理已排序部分。将未排序元素作为标杆值，与已排序元素逐一比较；若标杆值较小则交换位置，否则保持当前位置不动。
function insertSort(arr){
var tmp;
for(var i=1;i<arr.length;i++){
tmp = arr[i];
for(var j=i;j>=0;j--){
if(arr[j-1]>tmp){
arr[j]=arr[j-1];
}else{
arr[j]=tmp;
break;
}
}
}
return arr
}该算法的时间复杂度为 O(n^2)。
选择排序
算法描述：直接从待排序数组中选取最小（或最大）的数字，将其放置到新数组的相应位置。
[1] 5 6 3 8 7 2 4
[1,2] 5 6 3 8 7 4
[1,2,3] 5 6 8 7 2 4
[1,2,3,4] 5 6 8 7
[1,2,3,4,5] 6 8 7
[1,2,3,4,5,6] 8 7
[1,2,3,4,5,6,7] 8
[1,2,3,4,5,6,7,8] 编程实现思路：首先假设第一个元素为最小值，通过循环遍历找出实际的最小元素，并将其与第一个元素交换位置。随后假设第二个元素为最小值，重复上述操作，直至完成排序。
function selectSort(array) {
var length = array.length,
i,
j,
minIndex,
minValue,
temp;
for (i = 0; i < length - 1; i++) {
minIndex = i;
minValue = array[minIndex];
for (j = i + 1; j < length; j++) {//通过循环选出最小的
if (array[j] < minValue) {
minIndex = j;
minValue = array[minIndex];
}
}
// 交换位置
temp = array[i];
array[i] = minValue;
array[minIndex] = temp;
}
return array
}该算法的时间复杂度为 O(n^2)。
归并排序
算法描述： 1. 将 n 个记录视为 n 个长度为 1 的有序子表。 2. 进行两两归并操作，使记录关键字有序，得到 n/2 个长度为 2 的有序子表。 3. 重复第 2 步操作，直到所有记录归并成一个长度为 n 的完整有序表。
5 6 3 1 8 7 2 4
[5,6] [3,1] [8,7] [2,4]
[5,6] [1,3] [7,8] [2,4]
[5,6,1,3] [7,8,2,4]
[1,3,5,6] [2,4,7,8]
[1,2,3,4,5,6,7,8]编程实现思路：采用分治策略，将数组不断等分为两半，递归处理后再进行合并操作。
function merge(left, right) {
var tmp = [];
while (left.length && right.length) {
if (left[0] < right[0])
tmp.push(left.shift());
else
tmp.push(right.shift());
}
return tmp.concat(left, right);
}
function mergeSort(a) {
if (a.length === 1)
return a;
var mid = Math.floor(a.length / 2)
, left = a.slice(0, mid)
, right = a.slice(mid);
return merge(mergeSort(left), mergeSort(right));
}该算法的时间复杂度为 O(nlogn)。
快速排序
算法描述：
- 在数据集中选择一个元素作为“基准”（pivot）。
- 执行分区（partition）操作：将所有小于基准的元素移至基准左侧，所有大于基准的元素移至基准右侧。分区结束后，基准元素即处于最终排序后的正确位置。
- 对基准左侧和右侧的两个子集，递归重复上述第一步和第二步操作，直到所有子集仅包含一个元素为止。
5 6 3 1 8 7 2 4
pivot
|
5 6 3 1 9 7 2 4
|
storeIndex
5 6 3 1 9 7 2 4//将5同6比较，大于则不更换
|
storeIndex
3 6 5 1 9 7 2 4//将5同3比较，小于则更换
|
storeIndex
3 6 1 5 9 7 2 4//将5同1比较，小于则不更换
|
storeIndex
...
3 6 1 4 9 7 2 5//将5同4比较，小于则更换
|
storeIndex
3 6 1 4 5 7 2 9//将标准元素放到正确位置
|
storeIndex pivot上述逻辑阐述了分区过程，接下来需对每个子区间执行相同操作。
function quickSort(arr){
if(arr.length<=1) return arr;
var partitionIndex=Math.floor(arr.length/2);
var tmp=arr[partitionIndex];
var left=[];
var right=[];
for(var i=0;i<arr.length;i++){
if(arr[i]<tmp){
left.push(arr[i])
}else{
right.push(arr[i])
}
}
return quickSort(left).concat([tmp],quickSort(right))
}上述版本在极端情况下可能导致堆栈溢出，因此建议使用优化后的版本。
原地分区版：主要区别在于先执行分区处理，将数组划分为左小右大的两部分，从而优化空间使用。
function quickSort(arr){
function swap(arr,right,left){
var tmp = arr[right];
arr[right]=arr[left];
arr[left]=tmp;
}
function partition(arr,left,right){//分区操作，
var pivotValue=arr[right]//最右面设为标准
var storeIndex=left;
for(var i=left;i<right;i++){
if(arr[i]<=pivotValue){
swap(arr,storeIndex,i);
storeIndex++;
}
}
swap(arr,right,storeIndex);
return storeIndex//返回标杆元素的索引值
}
function sort(arr,left,right){
if(left>right) return;
var storeIndex=partition(arr,left,right);
sort(arr,left,storeIndex-1);
sort(arr,storeIndex+1,right);
}
sort(arr,0,arr.length-1);
return arr;
}该算法的平均时间复杂度为 O(nlogn)。
冒泡排序
算法描述： 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。在这一点，最后的元素应该会是最大的数。 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。5.
5 6 3 1 8 7 2 4
[5 6] 3 1 8 7 2 4 //比较5和6
5 [6 3] 1 8 7 2 4
5 3 [6 1] 8 7 2 4
5 3 1 [6 8] 7 2 4
5 3 1 6 [8 7] 2 4
5 3 1 6 7 [8 2] 4
5 3 1 6 7 2 [8 4]
5 3 1 6 7 2 4 8 // 这样最后一个元素已经在正确位置，所以下一次开始时候就不需要再比较最后一个
编程实现思路：外循环控制需要比较的元素范围（例如第一次排序后，最后一个元素无需再比较），内循环负责两两元素比较，将元素放置到正确位置。
function bubbleSort(arr){
var len=arr.length;
for(var i=len-1;i>0;i--){
for(var j=0;j<i;j++){
if(arr[j]>arr[j+1]){
var tmp = arr[j];
arr[j]=arr[j+1];
arr[j+1]=tmp
}
}
}
return arr;
}该算法的时间复杂度为 O(n^2)。
感兴趣的朋友可以使用在线 HTML/CSS/JavaScript 代码运行工具：http://tools.jb51.net/code/HtmlJsRun 测试上述代码的运行效果。
PS：这里再为大家推荐一款关于排序的演示工具供大家参考：
在线动画演示插入/选择/冒泡/归并/希尔/快速排序算法过程工具： http://tools.jb51.net/aideddesign/paixu_ys
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希望本文所述内容对大家学习 JavaScript 程序设计有所帮助。
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