Java如何實現(xiàn)排序算法

這篇文章主要為大家展示了“Java如何實現(xiàn)排序算法”，內(nèi)容簡而易懂，條理清晰，希望能夠幫助大家解決疑惑，下面讓小編帶領(lǐng)大家一起研究并學習一下“Java如何實現(xiàn)排序算法”這篇文章吧。

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Java實現(xiàn)的5大排序算法
排序算法很多地方都會用到，近期又重新看了一遍算法，并自己簡單地實現(xiàn)了一遍，特此記錄下來，為以后復習留點材料。

下面逐一看看經(jīng)典的排序算法：

1、Java排序算法之選擇排序

選擇排序的基本思想是遍歷數(shù)組的過程中，以 i 代表當前需要排序的序號，則需要在剩余的 [i…n-1] 中找出其中的最小值，然后將找到的最小值與 i 指向的值進行交換。因為每一趟確定元素的過程中都會有一個選擇最大值的子流程，所以人們形象地稱之為選擇排序。

舉個實例來看看：

1.初始： [38, 17, 16, 16, 7, 31, 39, 32, 2, 11]

2.3.i = 0: [2 , 17, 16, 16, 7, 31, 39, 32, 38 , 11] (0th [38]<->8th [2])

4.5.i = 1: [2, 7 , 16, 16, 17 , 31, 39, 32, 38, 11] (1st [38]<->4th [17])

6.7.i = 2: [2, 7, 11 , 16, 17, 31, 39, 32, 38, 16 ] (2nd [11]<->9th [16])

8.9.i = 3: [2, 7, 11, 16, 17, 31, 39, 32, 38, 16] ( 無需交換 )

10.11.i = 4: [2, 7, 11, 16, 16 , 31, 39, 32, 38, 17 ] (4th [17]<->9th [16])

12.13.i = 5: [2, 7, 11, 16, 16, 17 , 39, 32, 38, 31 ] (5th [31]<->9th [17])

14.15.i = 6: [2, 7, 11, 16, 16, 17, 31 , 32, 38, 39 ] (6th [39]<->9th [31])

16.17.i = 7: [2, 7, 11, 16, 16, 17, 31, 32, 38, 39] ( 無需交換 )

18.19.i = 8: [2, 7, 11, 16, 16, 17, 31, 32, 38, 39] ( 無需交換 )

20.21.i = 9: [2, 7, 11, 16, 16, 17, 31, 32, 38, 39] ( 無需交換 )

由例子可以看出，選擇排序隨著排序的進行( i 逐漸增大)，比較的次數(shù)會越來越少，但是不論數(shù)組初始是否有序，選擇排序都會從 i 至數(shù)組末尾進行一次選擇比較，所以給定長度的數(shù)組，選擇排序的比較次數(shù)是固定的： 1 + 2 + 3 + … + n = n * (n + 1) / 2 ,而交換的次數(shù)則跟初始數(shù)組的順序有關(guān)，如果初始數(shù)組順序為隨機，則在最壞情況下，數(shù)組元素將會交換 n 次，最好的情況下則可能 0 次(數(shù)組本身即為有序)。

由此可以推出，選擇排序的時間復雜度和空間復雜度分別為 O(n2 )和 O(1)(選擇排序只需要一個額外空間用于數(shù)組元素交換)。

實現(xiàn)代碼：

1./**

2. * Selection Sorting

3. */

4.SELECTION(new Sortable() {

5. public

6. int len = array.length;

7. for (int i = 0; i < len; i++) {

8. int selected = i;

9. for (int j = i + 1; j < len; j++) {

10. int compare = array[j].compareTo(array[selected]);

11. if (compare != 0 && compare < 0 == ascend) {

12. selected = j;

13. }

14. }

15.16. exchange(array, i, selected);

17. }

18. }

19.})

2、Java排序算法之插入排序

插入排序的基本思想是在遍歷數(shù)組的過程中，假設(shè)在序號 i 之前的元素即 [0i-1] 都已經(jīng)排好序，本趟需要找到 i 對應的元素 x 的正確位置 k ,并且在尋找這個位置 k 的過程中逐個將比較過的元素往后移一位，為元素 x "騰位置",最后將 k 對應的元素值賦為 x ,插入排序也是根據(jù)排序的特性來命名的。

以下是一個實例，紅色標記的數(shù)字為插入的數(shù)字，被劃掉的數(shù)字是未參與此次排序的元素，紅色標記的數(shù)字與被劃掉數(shù)字之間的元素為逐個向后移動的元素，比如第二趟參與排序的元素為 [11, 31, 12] ,需要插入的元素為 12 ,但是 12 當前并沒有處于正確的位置，于是我們需要依次與前面的元素 31 、 11 做比較，一邊比較一邊移動比較過的元素，直到找到第一個比 12 小的元素 11 時停止比較，此時 31 對應的索引 1 則是 12 需要插入的位置。

1.初始： [11, 31, 12, 5, 34, 30, 26, 38, 36, 18]

2.3.第一趟： [11, 31 , 12, 5, 34, 30, 26, 38, 36, 18] (無移動的元素)

4.5.第二趟： [11, 12 , 31, 5, 34, 30, 26, 38, 36, 18] ( 31 向后移動)

6.7.第三趟： [5 , 11, 12, 31, 34, 30, 26, 38, 36, 18] ( 11, 12, 31 皆向后移動)

8.9.第四趟： [5, 11, 12, 31, 34 , 30, 26, 38, 36, 18] (無移動的元素)

10.11.第五趟： [5, 11, 12, 30 , 31, 34, 26, 38, 36, 18] ( 31, 34 向后移動)

12.13.第六趟： [5, 11, 12, 26 , 30, 31, 34, 38, 36, 18] ( 30, 31, 34 向后移動)

14.15.第七趟： [5, 11, 12, 26, 30, 31, 34, 38 , 36, 18] (無移動的元素)

16.17.第八趟： [5, 11, 12, 26, 30, 31, 34, 36 , 38, 18] ( 38 向后移動)

18.19.第九趟： [5, 11, 12, 18 , 26, 30, 31, 34, 36, 38] ( 26, 30, 31, 34, 36, 38 向后移動)

插入排序會優(yōu)于選擇排序，理由是它在排序過程中能夠利用前部分數(shù)組元素已經(jīng)排好序的一個優(yōu)勢，有效地減少一些比較的次數(shù)，當然這種優(yōu)勢得看數(shù)組的初始順序如何，最壞的情況下(給定的數(shù)組恰好為倒序)插入排序需要比較和移動的次數(shù)將會等于 1 + 2 + 3… + n = n * (n + 1) / 2 ,這種極端情況下，插入排序的效率甚至比選擇排序更差。因此插入排序是一個不穩(wěn)定的排序方法，插入效率與數(shù)組初始順序息息相關(guān)。一般情況下，插入排序的時間復雜度和空間復雜度分別為 O(n2 ) 和 O(1) .

實現(xiàn)代碼：

1./**

2. * Insertion Sorting

3. */

4.INSERTION(new Sortable() {

5. public

6. int len = array.length;

7. for (int i = 1; i < len; i++) {

8. T toInsert = array[i];

9. int j = i;

10. for (; j > 0; j--) {

11. int compare = array[j - 1].compareTo(toInsert);

12. if (compare == 0 || compare < 0 == ascend) {

13. break;

14. }

15. array[j] = array[j - 1];

16. }

17.

18. array[j] = toInsert;

19. }

20. }

21.})

3、Java排序算法之冒泡排序

冒泡排序可以算是最經(jīng)典的排序算法了，記得小弟上學時最先接觸的也就是這個算法了，因為實現(xiàn)方法最簡單，兩層 for 循環(huán)，里層循環(huán)中判斷相鄰兩個元素是否逆序，是的話將兩個元素交換，外層循環(huán)一次，就能將數(shù)組中剩下的元素中最小的元素"浮"到最前面，所以稱之為冒泡排序。

照例舉個簡單的實例吧：

3.初始狀態(tài)： [24, 19, 26, 39, 36, 7, 31, 29, 38, 23]

5.內(nèi)層第一趟： [24, 19, 26, 39, 36, 7, 31, 29, 23 , 38 ] ( 9th [23]<->8th [38 )

7.內(nèi)層第二趟： [24, 19, 26, 39, 36, 7, 31, 23 , 29 , 38] ( 8th [23]<->7th [29] )

9.內(nèi)層第三趟： [24, 19, 26, 39, 36, 7, 23 , 31 , 29, 38] ( 7th [23]<->6th [31] )

10.

11.內(nèi)層第四趟： [24, 19, 26, 39, 36, 7, 23, 31, 29, 38] ( 7 、 23 都位于正確的順序，無需交換)

12.

13.內(nèi)層第五趟： [24, 19, 26, 39, 7 , 36 , 23, 31, 29, 38] ( 5th [7]<->4th [36] )

14.

15.內(nèi)層第六趟： [24, 19, 26, 7 , 39 , 36, 23, 31, 29, 38] ( 4th [7]<->3rd [39] )

16.

17.內(nèi)層第七趟： [24, 19, 7 , 26 , 39, 36, 23, 31, 29, 38] ( 3rd [7]<->2nd [26] )

18.

19.內(nèi)層第八趟： [24, 7 , 19 , 26, 39, 36, 23, 31, 29, 38] ( 2nd [7]<->1st [19] )

20.

21.內(nèi)層第九趟： [7 , 24 , 19, 26, 39, 36, 23, 31, 29, 38] ( 1st [7]<->0th [24] )

22.

23.……

其實冒泡排序跟選擇排序比較相像，比較次數(shù)一樣，都為 n * (n + 1) / 2 ,但是冒泡排序在挑選最小值的過程中會進行額外的交換(冒泡排序在排序中只要發(fā)現(xiàn)相鄰元素的順序不對就會進行交換，與之對應的是選擇排序，只會在內(nèi)層循環(huán)比較結(jié)束之后根據(jù)情況決定是否進行交換)，所以在我看來，選擇排序?qū)儆诿芭菖判虻母倪M版。

實現(xiàn)代碼：

1./**

2. * Bubble Sorting, it's very similar with Insertion Sorting

3. */

4.BUBBLE(new Sortable() {

5. public

6. int length = array.length;

7. int lastExchangedIdx = 0;

8. for (int i = 0; i < length; i++) {

9. // mark the flag to identity whether exchange happened to false

10. boolean isExchanged = false;

11. // last compare and exchange happened before reaching index i

12. int currOrderedIdx = lastExchangedIdx > i ? lastExchangedIdx : i;

13. for (int j = length - 1; j > currOrderedIdx; j--) {

14. int compare = array[j - 1].compareTo(array[j]);

15. if (compare != 0 && compare > 0 == ascend) {

16. exchange(array, j - 1, j);

17. isExchanged = true;

18. lastExchangedIdx = j;

19. }

20. }

21. // if no exchange happen means array is already in order

22. if (isExchanged == false) {

23. break;

24. }

25. }

26. }

27.})

4、Java排序算法之希爾排序

希爾排序的誕生是由于插入排序在處理大規(guī)模數(shù)組的時候會遇到需要移動太多元素的問題。希爾排序的思想是將一個大的數(shù)組"分而治之",劃分為若干個小的數(shù)組，以 gap 來劃分，比如數(shù)組 [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8] ,如果以 gap = 2 來劃分，可以分為 [1, 3, 5, 7] 和 [2, 4, 6, 8] 兩個數(shù)組(對應的，如 gap = 3 ,則劃分的數(shù)組為： [1, 4, 7] 、 [2, 5, 8] 、 [3, 6] )然后分別對劃分出來的數(shù)組進行插入排序，待各個子數(shù)組排序完畢之后再減小 gap 值重復進行之前的步驟，直至 gap = 1 ,即對整個數(shù)組進行插入排序，此時的數(shù)組已經(jīng)基本上快排好序了，所以需要移動的元素會很小很小，解決了插入排序在處理大規(guī)模數(shù)組時較多移動次數(shù)的問題。

具體實例請參照插入排序。

希爾排序是插入排序的改進版，在數(shù)據(jù)量大的時候?qū)π实奶嵘龓椭艽螅瑪?shù)據(jù)量小的時候建議直接使用插入排序就好了。實現(xiàn)代碼：

1./**

2. * Shell Sorting

3. */

4.SHELL(new Sortable() {

5. public

6. int length = array.length;

7. int gap = 1;

9. // use the most next to length / 3 as the first gap

10. while (gap < length / 3) {

11. gap = gap * 3 + 1;

12. }

13.

14. while (gap >= 1) {

15. for (int i = gap; i < length; i++) {

16. T next = array[i];

17. int j = i;

18. while (j >= gap) {

19. int compare = array[j - gap].compareTo(next);

20. // already find its position

21. if (compare == 0 || compare < 0 == ascend) {

22. break;

23. }

24.

25. array[j] = array[j - gap];

26. j -= gap;

27. }

28. if (j != i) {

29. array[j] = next;

30. }

31. }

32. gap /= 3;

33. }

34.

35. }

36.})

5、Java排序算法之歸并排序

歸并排序采用的是遞歸來實現(xiàn)，屬于"分而治之",將目標數(shù)組從中間一分為二，之后分別對這兩個數(shù)組進行排序，排序完畢之后再將排好序的兩個數(shù)組"歸并"到一起，歸并排序最重要的也就是這個"歸并"的過程，歸并的過程中需要額外的跟需要歸并的兩個數(shù)組長度一致的空間，比如需要規(guī)定的數(shù)組分別為： [3, 6, 8, 11] 和 [1, 3, 12, 15] (雖然邏輯上被劃為為兩個數(shù)組，但實際上這些元素還是位于原來數(shù)組中的，只是通過一些 index 將其劃分成兩個數(shù)組，原數(shù)組為 [3, 6, 8, 11, 1, 3, 12, 15 ,我們設(shè)置三個指針 lo, mid, high 分別為 0,3,7 就可以實現(xiàn)邏輯上的子數(shù)組劃分)那么需要的額外數(shù)組的長度為 4 + 4 = 8 .歸并的過程可以簡要地概括為如下：

1)將兩個子數(shù)組中的元素復制到新數(shù)組 copiedArray 中，以前面提到的例子為例，則 copiedArray = [3, 6, 8, 11, 1, 3, 12, 15] ;

2)設(shè)置兩個指針分別指向原子數(shù)組中對應的第一個元素，假定這兩個指針取名為 leftIdx 和 rightIdx ,則 leftIdx = 0 (對應 copiedArray 中的第一個元素 [3] )， rightIdx = 4 (對應 copiedArray 中的第五個元素 [1] );

3)比較 leftIdx 和 rightIdx 指向的數(shù)組元素值，選取其中較小的一個并將其值賦給原數(shù)組中對應的位置 i ,賦值完畢后分別對參與賦值的這兩個索引做自增 1 操作，如果 leftIdx 或 rigthIdx 值已經(jīng)達到對應數(shù)組的末尾，則余下只需要將剩下數(shù)組的元素按順序 copy 到余下的位置即可。

下面給個歸并的具體實例：

1.第一趟：

2.3.輔助數(shù)組 [21 , 28, 39 | 35, 38] (數(shù)組被拆分為左右兩個子數(shù)組，以 | 分隔開)

4.5.[21 , , , , ] (第一次 21 與 35 比較 , 左邊子數(shù)組勝出， leftIdx = 0 , i = 0 )

6.7.第二趟：

8.9.輔助數(shù)組 [21, 28 , 39 | 35, 38]

10.11.[21 , 28, , , ] (第二次 28 與 35 比較，左邊子數(shù)組勝出， leftIdx = 1 , i = 1 )

12.13.第三趟： [21, 28, 39 | 35 , 38]

14.15.[21 , 28 , 35, , ] (第三次 39 與 35 比較，右邊子數(shù)組勝出， rightIdx = 0 , i = 2 )

16.17.第四趟： [21, 28, 39 | 35, 38 ]

18.19.[21 , 28 , 35 , 38, ] (第四次 39 與 38 比較，右邊子數(shù)組勝出， rightIdx = 1 , i = 3 )

20.21.第五趟： [21, 28, 39 | 35, 38]

22.23.[21 , 28 , 35 , 38 , 39] (第五次時右邊子數(shù)組已復制完，無需比較 leftIdx = 2 , i = 4 )

以上便是一次歸并的過程，我們可以將整個需要排序的數(shù)組做有限次拆分(每次一分為二)直到分為長度為 1 的小數(shù)組為止，長度為 1 時數(shù)組已經(jīng)不用排序了。在這之后再逆序(由于采用遞歸)依次對這些數(shù)組進行歸并操作，直到最后一次歸并長度為 n / 2 的子數(shù)組，歸并完成之后數(shù)組排序也完成。

歸并排序需要的額外空間是所有排序中最多的，每次歸并需要與參與歸并的兩個數(shù)組長度之和相同個元素(為了提供輔助數(shù)組)。則可以推斷歸并排序的空間復雜度為 1 + 2 + 4 + … + n = n * ( n + 2) / 4 (忽略了 n 的奇偶性的判斷)，時間復雜度比較難估，這里小弟也忘記是多少了(囧)。

實現(xiàn)代碼：

1./**

2. * Merge sorting

3. */

4.MERGE(new Sortable() {

5. public

6. this.sort(array, 0, array.length - 1, ascend);

7. }

8.9. private

10. // OPTIMIZE ONE

11. // if the substring's length is less than 20,

12. // use insertion sort to reduce recursive invocation

13. if (hi - lo < 20) {

14. for (int i = lo + 1; i <= hi; i++) {

15. T toInsert = array[i];

16. int j = i;

17. for (; j > lo; j--) {

18. int compare = array[j - 1].compareTo(toInsert);

19. if (compare == 0 || compare < 0 == ascend) {

20. break;

21. }

22. array[j] = array[j - 1];

23. }

24.25. array[j] = toInsert;

26. }

27.28. return;

29. }

30.31. int mid = lo + (hi - lo) / 2;

32. sort(array, lo, mid, ascend);

33. sort(array, mid + 1, hi, ascend);

34. merge(array, lo, mid, hi, ascend);

35. }

36.37. private

38. // OPTIMIZE TWO

39. // if it is already in right order, skip this merge

40. // since there's no need to do so

41. int leftEndCompareToRigthStart = array[mid].compareTo(array[mid + 1]);

42. if (leftEndCompareToRigthStart == 0 || leftEndCompareToRigthStart < 0 == ascend) {

43. return;

44. }

45.46. @SuppressWarnings("unchecked")

47. T[] arrayCopy = (T[]) new Comparable[hi - lo + 1];

48. System.arraycopy(array, lo, arrayCopy, 0, arrayCopy.length);

49.50. int lowIdx = 0;

51. int highIdx = mid - lo + 1;

52.53. for (int i = lo; i <= hi; i++) {

54. if (lowIdx > mid - lo) {

55. // left sub array exhausted

56. array[i] = arrayCopy[highIdx++];

57. } else if (highIdx > hi - lo) {

58. // right sub array exhausted

59. array[i] = arrayCopy[lowIdx++];

60. } else if (arrayCopy[lowIdx].compareTo(arrayCopy[highIdx]) < 0 == ascend) {

61. array[i] = arrayCopy[lowIdx++];

62. } else {

63. array[i] = arrayCopy[highIdx++];

64. }

65. }

66. }

67.})

以上是“Java如何實現(xiàn)排序算法”這篇文章的所有內(nèi)容，感謝各位的閱讀！相信大家都有了一定的了解，希望分享的內(nèi)容對大家有所幫助，如果還想學習更多知識，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道！

新聞標題：Java如何實現(xiàn)排序算法
文章地址：http://bm7419.com/article0/igcpoo.html

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