Java实现常用排序算法

本文主要回顾了部分常用排序算法,包括冒泡排序,快速排序,选择排序,插入排序,希尔排序,以及归并排序。

  • 稳定性和算法复杂度

稳定性:飞机插毛,即归并排序,基数排序,插入排序,冒泡排序是稳定的。
平均算法复杂度:快堆龟,即快速排序,堆排序,归并排序是nlogn。
参考blog,含gif演示,注意:该文章中的算法有误。

本文主要回顾了部分常用排序算法,包括冒泡排序,快速排序,选择排序,插入排序,希尔排序,以及归并排序。

  • 稳定性和算法复杂度

稳定性:飞机插毛,即归并排序,基数排序,插入排序,冒泡排序是稳定的。
平均算法复杂度:快堆龟,即快速排序,堆排序,归并排序是nlogn。
参考blog,含gif演示,注意:该文章中的算法有误。

 

  • 冒泡排序
    import java.util.Arrays;
    
    public class BubbleSort {
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println(Arrays.toString(bubbleSort(new int[]{5, 10, 25, 1, 9, 8, 15, 30, 28})));
        }
    
        private static int[] bubbleSort(int[] arr) {
            if (arr == null || arr.length <= 0) {
                return arr;
            }
            // 用于记录每一轮排序之后,已经确定位置的元素个数
            for (int i = 0; i < arr.length; ++i) {
                // 注意arr.length - i - 1,因为j从0开始
                for (int j = 0; j < arr.length - i - 1; ++j) {
                    // 从小到大
                    if (arr[j + 1] < arr[j]) {
                        arr[j + 1] = arr[j + 1] + arr[j];
                        arr[j] = arr[j + 1] - arr[j];
                        arr[j + 1] = arr[j + 1] - arr[j];
                    }
                }
            }
            return arr;
        }
    }
    
  • 快速排序
    import java.util.Arrays;
    
    public class QuickSort {
        public static void main(String[] args) {
            int[] arr = new int[]{15, 8, 9, 20, 1, 18, 3, 9, 11, 22};
            System.out.println(Arrays.toString(quickSort(arr, 0, arr.length - 1)));
        }
    
        private static int[] quickSort(int[] arr, int start, int end) {
            if (arr == null || start < 0 || end >= arr.length || start > end) {
                return null;
            }
            int partitionIndex = partition(arr, start, end);
            if (partitionIndex > start) {
                quickSort(arr, start, partitionIndex - 1);
            }
            if (partitionIndex < end) {
                quickSort(arr, partitionIndex + 1, end);
            }
            return arr;
        }
    
        // 算法参考geeksforgeeks
        private static int partition(int[] arr, int start, int end) {
            // 挖坑,用比对比点小的数来填
            int biggerIndex = start - 1;
            // 随机选择一个数作为对比点
            int pivot = (int) (start + Math.random() * (end - start + 1));
            // 将对比点置于最后一位
            swap(arr, pivot, end);
            for (int i = start; i < end; ++i) {
                if (arr[i] >= arr[end]) {
                    biggerIndex++;
                    swap(arr, i, biggerIndex);
                }
            }
            biggerIndex++;
            // 最后需要将对比点归位
            swap(arr, biggerIndex, end);
            return biggerIndex;
        }
    
        private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
            // 如果不加此条件,会出现置换0的情况
            if (i == j) {
                return;
            }
            arr[j] = arr[j] + arr[i];
            arr[i] = arr[j] - arr[i];
            arr[j] = arr[j] - arr[i];
        }
    }
  • 选择排序
    import java.util.Arrays;
    
    public class SelectionSort {
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println(Arrays.toString(selectionSort(new int[]{8, 19, 22, 1, 38, 2, 56, 9, 10, 34})));
        }
    
        private static int[] selectionSort(int[] arr) {
            if (arr.length <= 0) {
                return arr;
            }
            // 用于控制位置 
            for (int i = 0; i < arr.length; ++i) {
                int minIndex = i;
                // 每次选最小的替换第一位 
                for (int j = i + 1; j < arr.length; ++j) {
                    if (arr[j] < arr[minIndex]) {
                        minIndex = j;
                    }
                }
                int temp = arr[minIndex];
                arr[minIndex] = arr[i];
                arr[i] = temp;
            }
            return arr;
        }
    }

最稳定,无论什么数据,时间复杂度都是n^2。

  • 插入排序
    import java.util.Arrays;
    
    public class InsertionSort {
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println(Arrays.toString(insertionSort(new int[]{2, 11, 28, 4, 81, 8, 20, 33, 15, 29})));
        }
    
        private static int[] insertionSort(int[] arr) {
            if (arr.length <= 0) {
                return arr;
            }
            int current;
            for (int i = 0; i < arr.length - 1; ++i) {
                current = arr[i + 1];
                int preIndex = i;
                while (preIndex >= 0 && current < arr[preIndex]) {
                    // 前插,所有数据后移 
                    arr[preIndex + 1] = arr[preIndex];
                    preIndex--;
                }
                arr[preIndex + 1] = current;
                // 插入 
            }
            return arr;
        }
    }
  • 希尔排序
    import java.util.Arrays;
    
    public class ShellSort {
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println(Arrays.toString(shellSort(new int[]{33, 18, 2, 30, 21, 8, 9, 65, 29, 38})));
        }
    
        private static int[] shellSort(int[] arr) {
            if (arr.length <= 0) {
                return null;
            }
            int temp, gap = arr.length / 2;
            // 以数组长度的一半作为距离 
            while (gap > 0) {
                for (int i = gap; i < arr.length; ++i) {
                    temp = arr[i];
                    int preIndex = i - gap;
                    while (preIndex >= 0 && arr[preIndex] > temp) {
                        // 同一代内排序,前插 
                        arr[preIndex + gap] = arr[preIndex];
                        preIndex -= gap;
                    }
                    arr[preIndex + gap] = temp;
                }
                gap /= 2;
            }
            return arr;
        }
    }
  • 归并排序
    import java.util.Arrays;
    
    public class MergeSort {
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println(Arrays.toString(mergeSort(new int[]{18, 28, 8, 11, 20, 37, 52, 1, 89, 21})));
        }
    
        private static int[] mergeSort(int[] array) {
            if (array.length < 2) {
                return array;
            }
            int mid = array.length / 2;
            int[] left = Arrays.copyOfRange(array, 0, mid);
            int[] right = Arrays.copyOfRange(array, mid, array.length);
            return merge(mergeSort(left), mergeSort(right));
        }
    
        private static int[] merge(int[] left, int[] right) {
            int[] result = new int[left.length + right.length];
            for (int index = 0, i = 0, j = 0; index < result.length; ++index) {
                if (i >= left.length) {
                    result[index] = right[j++];
                } else if (j >= right.length) {
                    result[index] = left[i++];
                } else if (left[i] > right[j]) {
                    result[index] = right[j++];
                } else {
                    result[index] = left[i++];
                }
            }
            return result;
        }
    }
 
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