Java七种排序算法以及实现

时间:2020-7-30 作者:admin


Java常见七种排序算法以及实现

最近学习一些排序算法,怕自己以后忘记就打算整理起来供自己复习

萌新一枚学习Java没多久,以下仅供参考。如有错误希望大佬指正,欢迎大家在评论区交流探讨。

1.冒泡排序

  • 通过待排序的序列从前往后依次比较相邻的元素,若发现逆序则两两交换,直到下一趟排序下来没有进行交换,说明排序完成
  • 冒泡排序每一趟会确定一个最大值(默认从小到大)
import java.util.Arrays;

public class BubbleSort {
    public static void main(String[] args) {
        int array[] = {10,9,2,-3,6,8,1,-6,-5,4};
        for (int i = 0; i < array.length ; i++) { //循环每一趟排序
            for (int j = 0; j < array.length-1-i ; j++) {
// 每一趟排序的数据交换
// 由于array[j]是和array[j+1]比较,防止数据越界这里array.length要减一
                int temp = 0;
                if (array[j]>array[j+1]){
                    temp = array[j+1];
                    array[j+1] = array[j];
                    array[j] = temp;
                }
            }
        }
//  两种方法输出
//  1.格式化输出,需import,之后的代码演示全用格式化输出
        System.out.println(Arrays.toString(array));
//  2.for循环输出
        for (int i = 0; i < array.length ; i++) {
            System.out.print(array[i]+" ");
        }

    }
}

2.选择排序

  • 第一趟排序是从array[0]到array[array.length-1]找到一个最小值array[n]与array[0]进行交换,第一趟排序是从array[1]到array[array.length-1]找到一个最小值array[n]与array[1]进行交换,直到排序完成
  • 选择排序每一趟排序会确定一个最小值(默认从小到大)
  • 以下是三种不同的代码实现
import java.util.Arrays;

public class SelectSortDemo01 {
    public static void main(String[] args) {
        int array[] = {10,9,2,-3,6,8,1,-6,-5,4};
        for (int i = 0; i < array.length-1 ; i++) {
            for (int j = 1+i; j < array.length; j++) {
//  此算法与冒泡排序的算法类似,只不过冒泡算法的每一趟排序是两两比较,这个是第一个数与每一个数比较
                int temp = 0;
                if (array[i] > array[j]){
                    temp = array[j];
                    array[j] = array[i];
                    array[i] = temp;
                }
            }
        }
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }
}
import java.util.Arrays;

public class SelectSortDemo02 {
    public static void main(String[] args) {
        int array[] = {10,9,2,-3,6,8,1,-6,-5,4};
        int temp = 0;
        for (int j = 0; j <array.length-1 ; j++) {
            for (int i = 1; (i+j)< array.length ; i++) {
//此算法与上面一个大同小异,也实现了相同的效果,可以根据自己的思维选择一个合适的算法              
                if (array[j] > array[i+j]) {
                    temp = array[i+j];
                    array[i+j] = array[j];
                    array[j] = temp;
                }
            } 
        }
      System.out.println(Arrays.toString(array));
    }
}
public class SelectSortDemo02 {
    public static void main(String[] args) {
        int array[] = {10,9,2,-3,6,8,1,-6,-5,4};
        for (int i = 0; i < array.length-1 ; i++) { 
 //      与前面两种方法不同的是此算法直接先假定每一趟排序的第i个数的数值最小,提取当前下标i,
 //      方便每一趟排序与第i个数据进行交换
 //      这样也更容易理解
            int min = array[i];
            int minIndex = i;
            for (int j =  1 + i; j < array.length; j++) {
                if (min > array[j] ){
 //      说明假定的最小值并不是最小的,需要重置min,此时只需赋值,不需要交换
 //      让其循环结束直到赋值到最小值
                    min = array[j];
                    minIndex = j;
                }
            }
//        将最小值放在arr[0],交换
            if (minIndex != j) {
                array[minIndex] = arr[j];
                array[j] = min;
            }
        }
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }
}

3.插入排序

  • 假如有n个数,第一趟排序就是比较前两个数将它们排好(默认从小到大),然后在来一个数比较他们三个再排好
  • 可以理解为斗地主的摸牌,先摸了两张J和K,要把J放在K的前面,在摸一张6要放在J和K的前面,在摸一张10就要放在6和J之间,排摸完了就相当于排序结束
import java.util.Arrays;

public class InsertSortDemo01 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {5, 2, -1, 4, 7};
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
//      与选择排序第三种类似,先定义一个待插入的数据和插入的位置,便于之后赋值
            int insertVal = array[i];
//      为了将待插入的数插入到array[i]的前一个位置
            int insertIndex = i - 1;
//      待插入的位置必须大于等于0,保证数组不越界
            while (insertIndex >= 0 && insertVal < array[insertIndex]) {
//      直接赋值不用交换数据
                array[insertIndex + 1] = array[insertIndex];
//      为了让第i个数与前面的数都进行比较然后赋值,前面有条件不用但不用担心数组越界         
                insertIndex--;
            }
//      insertIndex + 1 = i 说明第i轮已经有序      
            if (insertIndex + 1 != i) {
                array[insertIndex + 1] = insertVal;
            }
        }
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }

}

4.希尔排序

  • 希尔排序相当于对插入排序进行优化,是一种缩小增量排序
  • 希尔排序第一趟按照arraylength\2进行分组,每组分别进行直接插入排序,第二趟按照arraylength\2\2进行分组,每组分别进行直接插入排序,直到增量减至为一,整个文件恰好被分为一组
  • 以下是两种不同的代码实现
import java.util.Arrays;
//      交换法,此实现方法速度是很慢,
//      因为插入排序比较之后直接移位,而此类方法一遇到逆序就会发生交换,
//      交换法与冒泡排序类似,不停的交换效率很低
public class ShellSortDemo02 {
    public static void main(String[] args) {
        int array[] = {10,9,2,-3,6,8,1,-6,-5,4};
        int temp = 0;
        for (int len = array.length/2; len > 0;len/=2) {
//      循环每一次分组
            for (int i = len; i < array.length; i++) {
//      遍历各组的所有元素,有len组
                for (int j = i - len; j >= 0; j -= len) {
                    if (array[j] > array[j + len]) {
                        temp = array[j];
                        array[j] = array[j + len];
                        array[j + len] = temp;
                    }
                }
            }
        }
        System.out.println(Arrays.toString(array));

    }
}
import java.util.Arrays;

public class ShellSortDemo03 {
//    对交换式的希尔排序进行优化,采用移位法
//    当需要插入的数是最小数时,后移的次数明显增多,所以使用分组插入排序会大大的提高效率
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {10, 9, 2, -3, 6, 8, 1, -6, -5, 4};
//    仍然使用增量len,并逐步缩小增量
        for (int len = array.length / 2; len > 0; len /= 2) {
//    逐个对其所在的组进行直接插入排序
            for (int i = len; i < array.length; i++) {
                int j = i;
                int temp = array[j];
                if (array[j] < array[j - len]) {
                    while (j-len >= 0 && temp < array[j - len]) {
//  移动,与直接插入排序不同的是这个是间距len之间的数据移位,而直接插入排序是两两移位
                        array[j] = array[j - len];
                        j -=len;
                    }
//     当退出while循环后,就给temp找到了插入的位置
                    array[j] = temp;
                }
            }
        }
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }
}

5.快速排序

  • 快速排序是一种对冒泡排序的改进,第一趟排序以中间的一个数为基准,将数组中比他小的数放在此数的左边,比他大的数放在此数的右边,第二趟排序以第一趟排好的左右的中间一个数为基准,在分别重复上面操作
import java.util.Arrays;

public class QuickSortDemo01 {
    public static void main(String[] args) {
        int array[] = {10,9,2,-3,6,8,1,-6,-5,4};
        quickSort(array,0,array.length-1);
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }
    public static void quickSort(int a[],int l,int r){
        if(l>=r)
            return;

        int i = l; int j = r; int key = a[(l+r)/2];
//     选择第一个数为key,我们数组中间的数为例
        while(i<j){

            while(i<j && a[j]>=key)
//     从右向左找第一个小于key的值,找到了,j就前移
                j--;
//     如果a[j]<key值,a[j]会放到前面的a[i]同时i会后移          
            if(i<j){
                a[i] = a[j];
                i++;
            }

            while(i<j && a[i]<key)
//     从左向右找第一个大于key的值,找到了i就后移
                i++;
//     如果a[i]>key值,a[i]会放到后面的a[j]同时j会前移 
            if(i<j){
                a[j] = a[i];
                j--;
            }
        }
        //i == j
        a[i] = key;
        quickSort(a, l, i-1);//递归调用
        quickSort(a, i+1, r);//递归调用
    }
}

6.归并排序

  • 归并算法的核心思想就是分解在合并,也就是分治,分解可以采用递归,设一个数组最右边的元素索引为low,最左边的元素的索引为height,中间元素索引为(low+height)/2,每一次分解可以发现当low==height的时候,整个数组被分解成每一个元素,合并就是将两个有序归并段归并为一个有序的归并段,直到有序为止
import java.util.Arrays;

public class MergeSortDemo01 {
    //合并函数
    public static void merge(int[] array,int low,int mid,int height){
        int s1 = low;
        int s2 = mid+1;
        int[] ret = new int[height-low+1];
        int i = 0;//表示ret数组的下标
        while (s1<=mid && s2<=height){
            if (array[s1]<=array[s2]){
                   ret[i++] = array[s1++];
            }else{
              ret[i++] = array[s2++];
            }
        }
        while (s1<=mid){
            ret[i++] = array[s1++];
        }
        while (s2<=height){
            ret[i++] = array[s2++];
        }
        for (int j=0;j<ret.length;j++){
            array[low+j] = ret[j];
        }

    }
    public static void mergeSort(int[]array,int low,int height){
        if (low>=height){
            return;
        }
        int mid = (low+height)/2;
        mergeSort(array,low,mid);//递归分解左半部分
        mergeSort(array,mid+1,height);//递归分解右半部本
        merge(array,low,mid,height);//合并操作
    }

    public static void main(String[] args) {
        int array[] = {10,9,2,-3,6,8,1,-6,-5,4};
        System.out.println(Arrays.toString(array));
        mergeSort(array,0,array.length-1);
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }
}

7.基数排序

  • 本质上是将整数按位数切割成不同的数字,然后按每个位数分别比较,基数排序又叫桶子法
  • 定义10个编号为0~9一维数组,找到每个数的个位数分别放在对应编号的数组中,然后再将十位数取出分别放在对应编号的数组中,直到取到最高位就变为有序
  • 基数排序是效率最高的稳定性排序法
import java.util.Arrays;

public class RadixSortDemo01 {
    public static void main(String[] args) {
        int array[] = {10, 99, 2, 457, 6, 83, 16, 96, 25, 48};
        radixSort(array);
    }

    //基数排序算法
    public static void radixSort(int[] arr) {
        int max = arr[0];
//    假设第一个数是最大数
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            if (arr[i] > max) {
                max = arr[i];
            }
        }
        int maxLength = (max + " ").length();
//        定义一个二维数组,表示10个桶,每一个桶是一个一维数组用于存放数据
//        为了防止放入数的时候,数据溢出,则每个一维数组的大小定位arr.length
        int[][] bucket = new int[10][arr.length];
//      为了记录每个桶中,实际存放了多少数据,我们定义一个一维数组,我们定义一个一维数组记录各个桶每次放入的数据个数
        int[] bucketCounts = new int[10];
        for (int k=0,n=1;k<maxLength-1;k++,n *=10){
            for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
//         取出每个元素的个位
                int digitOfElement = arr[i] / n % 10;
//          放入到对应的桶中
                bucket[digitOfElement][bucketCounts[digitOfElement]] = arr[i];
//            每放一个数据此桶的中的数据就要加一
                bucketCounts[digitOfElement]++;
            }
//        按照这个桶的顺序(一维数组的下标依次取出数据,放入原来数组)
            int index = 0;
//        遍历每一个桶并将桶中数据放入原数组
            for (int i = 0; i < bucketCounts.length; i++) {
//         如果桶中有数据我们才放入到原数组
                if (bucketCounts[i] != 0) {
                    for (int j = 0; j < bucketCounts[i]; j++) {
//         取出元素放入到arr
                        arr[index++] = bucket[i][j];
                    }
                }
//            第轮处理后需要将每一个bucketCounts[i] = 0;
                bucketCounts[i] = 0;
            }
            System.out.println("第"+(k+1)+"轮排序 arr =" + Arrays.toString(arr));
        }
    }
}
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