Python列表排序算法大全：从冒泡到快速排序，高效排序

# 1. Python列表排序概述**

Python列表排序是一种对列表中的元素进行重新排列的操作，使其满足特定的顺序。它在数据处理、数据分析和机器学习等领域有着广泛的应用。Python提供了多种排序算法，每种算法都有其独特的特性和适用场景。本章将对Python列表排序进行概述，介绍基本概念、排序算法类型以及排序算法选择的一般原则。

# 2. 基本排序算法

### 2.1 冒泡排序

#### 2.1.1 算法原理

冒泡排序是一种简单的排序算法，它通过反复比较相邻元素，将较大的元素向后移动，较小的元素向前移动，直到整个列表有序。

#### 2.1.2 代码实现

def bubble_sort(arr):
    """
    冒泡排序算法

    参数：
        arr: 待排序列表

    返回：
        排序后的列表
    """
    n = len(arr)
    for i in range(n):
        for j in range(0, n - i - 1):
            if arr[j] > arr[j + 1]:
                arr[j], arr[j + 1] = arr[j + 1], arr[j]
    return arr

**逻辑分析：**

* 外层循环 `for i in range(n)` 控制排序的趟数，每趟将最大的元素移动到列表末尾。
* 内层循环 `for j in range(0, n - i - 1)` 比较相邻元素，将较大的元素向后移动。
* `arr[j], arr[j + 1] = arr[j + 1], arr[j]` 交换相邻元素。

### 2.2 选择排序

#### 2.2.1 算法原理

选择排序是一种不稳定的排序算法，它通过在未排序部分中找到最小（或最大）元素，并将其与未排序部分的第一个元素交换，以此类推，直到整个列表有序。

#### 2.2.2 代码实现

def selection_sort(arr):
    """
    选择排序算法

    参数：
        arr: 待排序列表

    返回：
        排序后的列表
    """
    n = len(arr)
    for i in range(n):
        min_idx = i
        for j in range(i + 1, n):
            if arr[j] < arr[min_idx]:
                min_idx = j
        arr[i], arr[min_idx] = arr[min_idx], arr[i]
    return arr

**逻辑分析：**

* 外层循环 `for i in range(n)` 控制排序的趟数，每趟找到未排序部分的最小元素。
* 内层循环 `for j in range(i + 1, n)` 在未排序部分中找到最小元素。
* `arr[i], arr[min_idx] = arr[min_idx], arr[i]` 交换最小元素与未排序部分的第一个元素。

### 2.3 插入排序

#### 2.3.1 算法原理

插入排序是一种稳定的排序算法，它通过将每个元素插入到已排序部分的正确位置，以此类推，直到整个列表有序。

#### 2.3.2 代码实现

def insertion_sort(arr):
    """
    插入排序算法

    参数：
        arr: 待排序列表

    返回：
        排序后的列表
    """
    n = len(arr)
    for i in range(1, n):
        key = arr[i]
        j = i - 1
        while j >= 0 and key < arr[j]:
            arr[j + 1] = arr[j]
            j -= 1
        arr[j + 1] = key
    return arr

**逻辑分析：**

* 外层循环 `for i in range(1, n)` 控制排序的趟数，从第二个元素开始。
* 内层循环 `while j >= 0 and key < arr[j]` 找到已排序部分中插入位置。
* `arr[j + 1] = arr[j]` 将已排序部分的元素向后移动。
* `arr[j + 1] = key` 将待插入元素插入到正确位置。

# 3. 高级排序算法

### 3.1 快速排序

#### 3.1.1 算法原理

快速排序是一种分治排序算法，它将列表划分为两个子列表：一个包含比基准值小的元素，另一个包含比基准值大的元素。然后递归地对这两个子列表应用快速排序。

#### 3.1.2 代码实现

def quick_sort(arr):
    """
    快速排序算法

    参数：
        arr: 待排序列表

    返回：
        排序后的列表
    """

    if len(arr) <= 1:
        return arr

    # 选择基准值
    pivot = arr[len(arr) // 2]

    # 划分列表
    left = [x for x in arr if x < pivot]