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一、Python中的排序

（一）内置排序函数sorted()

1. 基本用法
   • sorted()函数可以对所有可迭代对象进行排序操作，返回一个新的列表，原列表不会被修改。
   • 例如，对于一个简单的数字列表nums = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6]，使用sorted(nums)后会得到[1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9]。
   • 对于字符串列表，如words = ["apple", "banana", "cherry", "date"]，sorted(words)会按照字母顺序排序，得到['apple', 'banana', 'cherry', 'date']。
2. 关键字参数
   • key参数
     • 可以通过key参数指定一个函数，该函数会在排序时被调用，用于提取比较的键。
     • 比如，如果有一个包含数字和字母的列表mixed_list = ['a', 'c', 'b', 1, 3, 2]，我们想要按照字符的ASCII值进行排序，可以使用sorted(mixed_list, key=str)。因为str函数会将数字转换为字符串，然后按照字符串的ASCII值排序，结果是[1, 2, 3, 'a', 'b', 'c']。
     • 对于更复杂的数据结构，如一个包含学生信息的列表students = [{'name': 'Alice', 'age': 23}, {'name': 'Bob', 'age': 20}, {'name': 'Charlie', 'age': 22}]，如果按照年龄排序，可以使用sorted(students, key=lambda x: x['age'])，得到[{'name': 'Bob', 'age': 20}, {'name': 'Charlie', 'age': 22}, {'name': 'Alice', 'age': 23}]。
   • reverse参数
     • 用于指定排序顺序，默认为False，表示升序排序。如果设置为True，则为降序排序。
     • 例如，sorted(nums, reverse=True)会将数字列表nums降序排序为[9, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 1]。

（二）列表的sort()方法

1. 基本用法
   • sort()方法是列表对象的一个方法，它会直接对原列表进行排序，不返回新的列表。
   • 对于列表nums = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6]，调用nums.sort()后，nums就变成了[1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9]。
2. 关键字参数
   • 它也支持key和reverse参数，用法和sorted()函数类似。例如，nums.sort(key=lambda x: -x)会按照数字的相反数进行排序，即降序排序。

二、C++中的排序

（一）标准库函数sort()

1. 头文件
   • 在C++中，要使用sort()函数，需要包含头文件<algorithm>。
2. 基本用法
   • sort()函数的原型是void sort(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last)，其中first和last分别是迭代器，表示要排序的范围。
   • 例如，对于一个数组int arr[] = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6};，可以使用sort(arr, arr + 8);来对整个数组进行升序排序。
   • 对于std::vector<int> vec = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6};，可以使用sort(vec.begin(), vec.end());来对vector容器中的元素进行排序。
3. 自定义比较函数
   • 可以通过提供第三个参数来自定义排序规则。这个参数是一个比较函数，它接收两个参数，返回一个布尔值。
   • 比如，要对一个结构体数组按照某个成员进行排序，假设有一个结构体struct Person { std::string name; int age; };和一个数组Person people[] = {{"Alice", 23}, {"Bob", 20}, {"Charlie", 22}};，如果按照年龄升序排序，可以这样写：

     bool compareAge(const Person &a, const Person &b) {return a.age < b.age;
     }
     sort(people, people + 3, compareAge);
     

   • 也可以使用C++11的lambda表达式来简化比较函数的定义，例如sort(vec.begin(), vec.end(), [](int a, int b) { return a > b; });可以对vector中的整数进行降序排序。

（二）stable_sort()

1. 稳定性
   • stable_sort()和sort()类似，但它是一个稳定排序算法。稳定排序算法是指当两个元素相等时，它们在排序后的序列中的相对位置保持不变。
   • 例如，对于一个包含重复元素的数组int arr[] = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6};，使用sort(arr, arr + 8);和stable_sort(arr, arr + 8);都会得到[1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9]。但如果数组中有对象，且对象的比较键相同，但其他属性不同，stable_sort()会保持这些对象的原始相对顺序。
2. 用法
   • 它的用法和sort()类似，也可以接受自定义比较函数。例如，对于一个std::vector<Person>，如果按照名字的字典序进行稳定排序，可以这样写：

     stable_sort(vec.begin(), vec.end(), [](const Person &a, const Person &b) {return a.name < b.name;
     });
     

三、Python和C++排序的性能比较

1. Python排序
   • Python的sorted()和sort()方法底层实现是Timsort算法，它是一种混合排序算法，结合了归并排序和插入排序的优点。对于大多数情况，其时间复杂度为O(nlogn)，在实际应用中表现很高效。
2. C++排序
   • C++的sort()函数通常实现为快速排序、归并排序或堆排序的混合体，具体实现可能因标准库的实现而异。它的平均时间复杂度也是O(nlogn)，但在最坏情况下（如快速排序的输入为已经有序的数组），可能会退化到O(n^2)。不过，现代C++标准库通常会优化这种情况。
   • stable_sort()通常基于归并排序，保证了稳定性，时间复杂度为O(nlogn)。