É possível implementar um algoritmo de ordenação que não utilize memória adicional para armazenar dados intermediários?

Sim, existem algoritmos de ordenação que não utilizam memória adicional para armazenar dados intermédios — são chamados algoritmos in-place.

Exemplos desses algoritmos:

• Ordenação por bolha (Bubble Sort)
• Ordenação por inserção (Insertion Sort)
• Ordenação por seleção (Selection Sort)
• Ordenação rápida (Quick Sort) — com uma implementação cuidadosa
• Ordenação por heap (Heap Sort)

Estes algoritmos alteram a ordem dos elementos diretamente no array original, sem alocar memória adicional para cópias ou estruturas auxiliares.

Exemplo de ordenação rápida in-place em Java:

public void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
    if (low < high) {
        int pi = partition(arr, low, high);
        quickSort(arr, low, pi - 1);
        quickSort(arr, pi + 1, high);
    }
}

private int partition(int[] arr, int low, int high) {
    int pivot = arr[high];
    int i = low - 1;
    for (int j = low; j < high; j++) {
        if (arr[j] <= pivot) {
            i++;
            int temp = arr[i];
            arr[i] = arr[j];
            arr[j] = temp;
        }
    }
    int temp = arr[i + 1];
    arr[i + 1] = arr[high];
    arr[high] = temp;
    return i + 1;
}

Dessa forma, os ordenamentos in-place permitem economizar memória, embora às vezes possam ser mais lentos ou menos estáveis do que os que usam memória adicional.