常见排序算法深度评测：从原理到10万级数据实战

摘要
本文系统解析冒泡排序、选择排序、插入排序、希尔排序、归并排序、快速排序、堆排序和基数排序8种经典算法，通过C语言实现10万随机数排序并统计耗时。测试显示：快速排序综合性能最优（0.12秒），冒泡排序最慢（32.7秒）。算法效率差异显著，时间复杂度从 $O(n^2)$ 到 $O(nlog⁡n)O(n\log n)$ 不等。文中提供完整代码实现、时间复杂度对比表及场景选择建议，为工程实践提供直接参考。

在这里插入图片描述

一、算法原理与实现

1. 冒泡排序

原理：通过相邻元素比较交换，使最大元素逐渐"浮"到数组末端
时间复杂度： $O(n^2)$

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void bubbleSort(int arr[], int n) {
   
   
    for (int i = 0; i < n-1; i++)
        for (int j = 0; j < n-i-1; j++)
            if (arr[j] > arr[j+1])
                swap(&arr[j], &arr[j+1]);
}

实测耗时：32.7秒
小结：实现简单但效率最低，仅适合教学演示

2. 选择排序

原理：每次选择最小元素放到已排序序列末尾
时间复杂度： $O(n^2)$

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void selectionSort(int arr[], int n) {
   
   
    for (int i = 0; i < n-1; i++) {
   
   
        int min_idx = i;
        for (int j = i+1; j < n; j++)
            if (arr[j] < arr[min_idx])
                min_idx = j;
        swap(&arr[min_idx], &arr[i]);
    }
}

实测耗时：14.2秒
小结：比冒泡稍快但仍不适合大数据量

3. 插入排序

原理：将未排序元素插入已排序序列的合适位置
时间复杂度： $O(n^2)$

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void insertionSort(int arr[], int n) {
   
   
    for (int i = 1; i < n; i++) {
   
   
        int key = arr[i], j = i-1;
        while (j >= 0 && arr[j] > key) {
   
   
            arr[j+1] = arr[j];
            j--;
        }
        arr[j+1] = key;
    }
}