Java 数据结构与算法系列精讲之排序算法

概述

从今天开始, 小白我将带大家开启 Java 数据结构 & 算法的新篇章.

冒泡排序

冒泡排序 (Bubble Sort) 是一种简单的排序算法. 它重复地遍历要排序的数列, 一次比较两个元素, 如果他们的顺序错误就把他们交换过来. 遍历数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换, 也就是说该数列已经排序完成. 这个算法的名字由来是因为越小的元素会经由交换慢慢 “浮” 到数列的顶端.

冒泡排序流程:

• 通过比较相邻的元素, 判断两个元素位置是否需要互换

• 进行 n-1 次比较, 结尾的元素就会是最大元素

• 重复以上冒泡过程 n 次

代码实现:

import java.util.Arrays;
public class bubble {
public static void main(String[] args) {
// 创建数据
       int[] array = {426,375474,8465,453};
// 实现排序
       System.out.println(Arrays.toString(array));
       System.out.println(Arrays.toString(bubbleSort(array)));
   }
public static int[] bubbleSort(int[] array) {
       // 如果数组为空, 返回
       if (array.length == 0){
           return array;
       }
// 执行冒泡过程n次, n为数组长度
       for (int i = 0; i < array.length; i++) {
// 冒泡过程
           for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {
// 判断j索引的元素是否比j+1索引的元素大
               if (array[j+1] < array[j]) {
                   // 交换位置
                   int temp = array[j + 1];
                   array[j + 1] = array[j];
                   array[j] = temp;
               }
           }
       }
       return array;
   }
}

输出结果：

[426, 375474, 8465, 453]
[426, 453, 8465, 375474]

插入排序

插入排序 (Insertion Sort) 是一种简单直观的排序算法. 它的工作原理是通过构建有序序列, 对于未排序数据, 在已排序序列中从后向前扫描，找到相应位置并插入. 插入排序在实现上, 在从后向前扫描过程中, 需要反复把已排序元素逐步向后挪位, 为最新元素提供插入空间.

插入排序流程:

• 从第二个元素开始, 从后往前扫描

• 逐个比较元素大小, 之道插入到合适的位置

• 重复以上步骤 n-1 次

代码实现:

import java.util.Arrays;
public class insert {
public static void main(String[] args) {
// 创建数据
       int[] array = {426,375474,8465,453};
// 实现排序
       System.out.println(Arrays.toString(array));
       System.out.println(Arrays.toString(insertionSort(array)));
   }
public static int[] insertionSort(int[] array) {
// 如果数组为空, 返回
       if (array.length == 0)
           return array;
// 待排序元素
       int current;
// 执行插入过程n-1次
       for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
// 指定待排序元素
           current = array[i + 1];
int preIndex = i;
// 执行插入过程, 往前一个个比对
           while (preIndex >= 0 && current < array[preIndex]) {
               array[preIndex + 1] = array[preIndex];
               preIndex--;
           }
// 插入元素
           array[preIndex + 1] = current;
       }
       return array;
   }
}

输出结果:

[426, 375474, 8465, 453]
[426, 453, 8465, 375474]

归并排序

归并排序 (Merge Sort) 是一种建立在归并操作上的算法, 是分治的一个经典应用.

归并排序流程:

• 把数组拆分成两个 n/2 长度的子序列

• 对这两个子序列分别采用归并排序

• 将排序好的序列合并成最终序列

代码实现:

import java.util.Arrays;
public class merge {
public static void main(String[] args) {
// 创建数据
       int[] array = {426,375474,8465,453};
// 实现排序
       System.out.println(Arrays.toString(array));
       System.out.println(Arrays.toString(mergeSort(array)));
   }
public static int[] mergeSort(int[] array) {
// 如果数组长度小于2, 返回
       if (array.length < 2) {
           return array;
       }
// 分治
       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));
   }
public static int[] merge(int[] left, int[] right) {
// 创建数组用于存放合并后的序列
       int[] result = new int[left.length + right.length];
for (int index = 0, i = 0, j = 0; index < result.length; index++) {
           // 左序列取完
           if (i >= left.length)
               result[index] = right[j++];
           // 右序列取完
           else if (j >= right.length)
               result[index] = left[i++];
           // 左序列的第i个大于有序列的第j个
           else if (left[i] > right[j])
               result[index] = right[j++];
           else
               result[index] = left[i++];
       }
       return result;
   }
}

输出结果:

[426, 375474, 8465, 453]
[426, 453, 8465, 375474]

快速排序

快速排序 (Quicksort) 通过一趟排序将要排序的数据分割成独立的两部分, 其中一部分的所有数据都比另外一部分的所有数据都要小, 然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序, 整个排序过程可以递归进行, 以此达到整个数据变成有序序列.

快速排序流程:

• 从数组中挑出一个元素作为基准 (Pivot), 通常为第一个或者最后一个元素将比基准元素

• 小的值放到基准前面, 比基准元素大的值放到基准后面

• 递归进行分区操作

代码实现:

import java.util.Arrays;
public class quick {
public static void main(String[] args) {
// 创建数据
       int[] array = {426, 375474, 8465, 453};
// 实现排序
       System.out.println(Arrays.toString(array));
       quickSort(array, 0, array.length - 1);
       System.out.println(Arrays.toString(array));
   }
public static void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
// 定义
       int p, i, j, temp;
if (low >= high) {
           return;
       }
// p就是基准数, 每个数组的第一个
       p = arr[low];
       i = low;
       j = high;
while (i < j) {
           //右边当发现小于p的值时停止循环
           while (arr[j] >= p && i < j) {
               j--;
           }
//这里一定是右边开始，上下这两个循环不能调换（下面有解析，可以先想想）
//左边当发现大于p的值时停止循环
           while (arr[i] <= p && i < j) {
               i++;
           }
temp = arr[j];
           arr[j] = arr[i];
           arr[i] = temp;
       }
// 交换p和arr[i]
       arr[low] = arr[i];
       arr[i] = p;
// 分别进行快排
       quickSort(arr, low, j - 1);
       quickSort(arr, j + 1, high);
   }
}

输出结果:

[426, 375474, 8465, 453]
[426, 453, 8465, 375474]

总结

来源：https://blog.csdn.net/weixin_46274168/article/details/122646957