冒泡、选择、插入排序：三大基础排序算法深度解析（C语言实现）

在算法学习道路上，排序算法是每位程序员必须掌握的基石。本文将深入解析冒泡排序、选择排序和插入排序这三种基础排序算法，通过C语言代码实现和对比分析，帮助读者彻底理解它们的差异与应用场景。

算法原理与代码实现
1. 冒泡排序（Bubble Sort）
工作原理：
通过重复比较相邻元素，将较大元素逐步"冒泡"到数组末尾。

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]) {
                // 交换相邻元素
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j+1];
                arr[j+1] = temp;
            }
        }
    }
}

2. 选择排序（Selection Sort）
工作原理：
每次从未排序部分选择最小元素，放到已排序序列末尾。

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;
            }
        }
        // 交换最小元素到当前位置
        int temp = arr[min_idx];
        arr[min_idx] = arr[i];
        arr[i] = temp;
    }
}

3. 插入排序（Insertion Sort）
工作原理：
将每个元素插入到已排序序列中的正确位置。

void insertionSort(int arr[], int n) {
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        int key = arr[i];
        int j = i-1;
        // 后移大于key的元素
        while (j >= 0 && arr[j] > key) {
            arr[j+1] = arr[j];
            j--;
        }
        arr[j+1] = key;  // 插入元素
    }
}

三大排序算法核心对比

关键特性深度解析

1. 稳定性对比

• 冒泡排序：通过相邻元素交换，相等元素不会交换位置，保持稳定

• 选择排序：最小元素与远端元素交换时可能破坏稳定性

• 插入排序：元素后移插入，相等元素相对位置不变

2. 时间复杂度分析

• 最优情况：

  • 冒泡和插入在已排序数组可达O(n)

  • 选择排序始终需要O(n²)比较

• 最差情况：

  • 三者均为O(n²)，但实际性能：

  • 插入排序 > 选择排序 > 冒泡排序（逆序数组测试）

3. 空间复杂度

三者都是原地排序，仅需常数级额外空间（O(1)）