Java实现八大排序算法【九千字超详解】

发布时间:2023-03-22 17:00

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系列专栏:《学习经验》

首发时间:2022年5月10日

❤:热爱Java学习,期待一起交流!

作者水平有限,如果发现错误,求告知,多谢!

有问题可以私信交流!!!

目录

一、排序的概述

排序的分类

优点及缺点

如何选择排序算法

8种排序之间的关系:

二、插入排序

分类

直接插入排序

希尔排序

三、交换排序

分类

冒泡排序法:

快速排序:

四、选择排序

分类

直接选择排序

堆排序

五、归并排序

使用方法

六、基数排序

使用方法:

总结:

按平均的时间性能来分

按平均的空间性能来分

排序方法的稳定性能


 

一、排序的概述

排序的分类

 分为5大类:

        1.插入排序(直接插入排序、希尔排序)。

        2.交换排序(冒泡排序、快速排序)。

        3.选择排序(直接选择排序、堆排序)。

        4.归并排序。

        5.分配排序(箱排序、基数排序)。

优点及缺点

        所需辅助空间最多:归并排序

        所需辅助空间最少:堆排序

        平均速度最快:快速排序

        不稳定:快速排序,希尔排序,堆排序。

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如何选择排序算法

        1.数据的规模;

        2.数据的类型;

        3.数据已有的顺序。

        一般来说,当数据规模较小时,应选择直接插入排序或冒泡排序。任何排序算法在数据量小时基本体现不出来差距。考虑数据的类型,比如如果全部是正整数,那么考虑使用桶排序为最优。考虑数据已有顺序,快排是一种不稳定的排序(当然可以改进),对于大部分排好的数据,快排会浪费大量不必要的步骤。数据量极小,而起已经基本排好序,冒泡是最佳选择。我们说快排好,是指大量随机数据下,快排效果最理想。而不是所有情况。

8种排序之间的关系:

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二、插入排序

分类

1.直接插入排序。

2.希尔插入排序。

直接插入排序

说明

        将一个记录插入到已经排序好的有序表中。

        1.sorted数组的第0个位置没有放数据。

        2.从sorted第二个数据开始处理。

        如果该数据比它前面的数据要小,说明该数据要往前面移动。

 

 

 

用法

a.首先将该数据备份放到sorted的第0位置当哨兵。

b.然后将该数据前面那个数据后移。

c.然后往前搜索,找插入位置。

d.找到插入位置之后讲第0位置的那个数据插入对应位置。

O(n*n),当待排记录序列为正序时,时间复杂度提高至O(n)。

实例:

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希尔排序

1.先将整个待排记录序列分割成若干个子序列分别进行直接插入排序。

2.待整个序列中的记录基本有序时,再对全体记录进行一次直接插入排序。

实例:

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插入排序Java代码:

public class InsertionSort{

//插入排序:直接插入排序,希尔排序

public void straightInsertionSort(double[]sorted){

int sortedLen=sorted.length;

for(intj=2;j=0;k--){

if(sorted[k]>sorted[0]){

sorted[k+1]=sorted[k];

}else{

insertPos=k+1;

break;

}

}

sorted[insertPos]=sorted[0];

}

}

}

public void shellInertionSort(double[] sorted, int inc){

int sortedLen=sorted.length;

for(intj=inc+1:j=0;k-=inc){

if(sorted[k]>sorted[0]){

sorted[k+inc]=sorted[k];//数据结构课本上这个地方没有给出判读出错:

if(k-inc<=0){

insertPos=k;

}

}else{

insertPos=k+inc;

break;

}

}

sorted[insertPos]=sorted[0];

}

}

}



public void shellInsertionSort(double[] sorted){

int[]incs={7,5,3,1};

int num=incs.length;

int inc=0;

for(int j=0;j

 

三、交换排序

分类

1.冒泡排序。

2.快速排序。

冒泡排序法:

        该算法是专门针对已部分排序的数据进行排序的一种排序算法。如果在你的数据清单中只有一两个数据是乱序的话,用这种算法就是最快的排序算法。如果你的数据清单中的数据是随机排列的,那么这种方法就成了最慢的算法了。因此在使用这种算法之前一定要慎重。这种算法的核心思想是扫描数据清单,寻找出现乱序的两个相邻的项目。当找到这两个项目后,交换项目的位置然后继续扫描。重复上面的操作直到所有的项目都按顺序排好。

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快速排序:

        通过一趟排序,将待排序记录分割成独立的两个部分,其中一部分记录的关键字均比另一部分记录的关键字小,则可分别对这两部分记录继续进行排序,以达到整个序列有序。具体做法是:使用两个指针lowhigh,初值分别设置为序列的头,和序列的尾,设置pivotkey为第一个记录,首先从high开始向前搜索第一个小于pivotkey的记录和pivotkey所在位置进行交换,然后从low开始向后搜索第一个大于pivotkey的记录和此时pivotkey所在位置进行交换,重复知道low=high了为止。

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冒泡排序Java代码:

public class bubbleSort {

public bubbleSortO(){

int a[]={49,38,65,97,76,13,27,49,78,34,12,64,5,4,62,99,98,54,56,17,18,23,34,15,35,25,53,51};

int temp=0;

for(int i=0;ia[j+1]){

temp=a[i];

a[i]=a[j+1];

a[j+1]=temp;

}

}

}

for(int i=0;i

快速排序Java代码:

public class quickSort {

int a[]={49,38,65,97,76,13,27,49,78,34,12,64,5,4,62,99,98,54,56,17,18,23,34,15,35,25,53,51};

public quickSortO{ quick(a);

for(int i=0;i=tmp){

high--;

}

list[low]=list[high];//比中轴小的记录移到低端

while(low0){//查看数组是否为空

quickSort(a2,0,a2.length-1);

}

}

}

 

四、选择排序

分类

1.直接选择排序。

2.堆排序

直接选择排序

第i次选取到arrayLength-1中间最小的值放在i位置。

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堆排序

        首先,数组里面用层次遍历的顺序放一棵完全二叉树。从最后一个非终端结点往前面调整,直到到达根结点,这个时候除根节点以外的所有非终端节点都已经满足堆得条件了,于是需要调整根节点使得整个树满足堆得条件,于是从根节点开始,沿着它的儿子们往下面走(最大堆沿着最大的儿子走,最小堆沿着最小的儿子走)。主程序里面,首先从最后一个非终端节点开始调整到根也调整完,形成一个heap,然后将heap的根放到后面去(即:每次的树大小会变化,但是root都是在1的位置,以方便计算儿子们的index,所以如果需要升序排序,则要逐步大顶堆。因为根节点被一个个放在后面去了,降序排序则要建立小顶堆。

实例:

初始序列:46,79,56,38,40,84

建堆:

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交换从堆中踢出最大数

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剩余结点再建堆,再踢出最大数

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依次类推:最后堆中剩余的最后两个结点交换踢出一个,排序完成。

代码中的问题:有时候第2个和第3个顺序不对(原因还没搞明白到底代码哪里有错)

选择排序Java代码:

public class selectSort {

public selectSort(){

int a[]={1,54,6,3,78,34,12,45};

int position=0;

for(int i=0;i

堆排序代码:

importjava.util.Arrays;

public class HeapSort {

int a[]={49,38,65,97,76,13,27,49,78,34,12,64,5,4,62,99,98,54,56,17,18,23,34,15,35,25,53,51};

public HeapSort(){

heapSort(a);

}

public void heapSort(int[]a{

System.outprintln(\"开始排序\");

int arraylength=a.length;//循环建堆

for(int i=0;i=0;i--){

//K保存正在判断的节点

int k=i;

//如果当前k节点的子节点存在

while(k*2+1<=lastIndex){

//k节点的左子节点的索引

int biggerIndex=2*k+1;

//如果biggerIndex小于lastIndex,即biggerIndex+1代表的k节点的右子节点存在

if(biggerIndex

五、归并排序

使用方法

        将两个或两个以上的有序表组合成一个新的有序表。归并排序要使用一个辅助数组,大小跟原数组相同,递归做法。每次将目标序列分解成两个序列,分别排序两个子序列之后,再将两个排序好的子序列merge到一起。

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归并排序Java代码:

public class MergeSort {

private double[]bridge;//辅助数组

public void sort(double[] obj){

if(obj==null){

throw new NullPointerException(\"The param can not be null!\");

}

bridge=new double[obj.length];//初始化中间数组

mergeSort(obj,,obj.length-1);//归并排序

bridge =null;

}

private void mergeSort(double[] obj,int left,int right){

if(left

六、基数排序

使用方法:

        使用10个辅助队列,假设最大数的数字位数为 x,则一共做x次,从个位数开始往前,以第i位数字的大小为依据,将数据放进辅助队列,搞定之后回收。下次再以高一位开始的数字位为依据。

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以Vector作辅助队列,基数排序的Java代码:

public class RadixSort {

private int keyNum=-1;

private Vector> util;

public void distribute(double []sorted,int nth){

if(nth<=keyNum && nth>0){

util=new Vector>();

for(intj=0;j<10;j++){

Vector temp=new Vector();

util.add(temp);

}

for(int j=0;j=nth){

return CharactergetNumericValue(nncharAt(len nth));

}else{

return 0;

}

}

public void collect(double[]sorted){

int k=0;

for(int j=0;j<10;j++){

int len=util.get(j).size();

if(len>0){

for(int i=0;imax){

max=sorted [j];

}

}

return Integer.toString((int)max).length();

}

public void radixSort(double[] sorted){

if(keyNum==-1){

keyNum= getKeyNum(sorted);

}

for(int i=1;i<=keyNum;i++){

distribute(sorted,i);

collect(sorted);

}

}

public static void main(String[]args){

Random random=new Random(6);

int arraysize=21;

double[]sorted=new double[arraysize] ;

System.outprint(\"Before Sort:\");

for(intj=0;j

总结:

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按平均的时间性能来分

 

1.时间复杂度为O(nlogn)的方法有:快速排序、堆排序和归并排序,其中以快速排序为最好;

2.时间复杂度为O(n2)的有:直接插入排序、冒泡排序和简单选择排序,其中以直接插入为最好,特别是对那些对关键字近似有序的记录序列尤为如此;

3.时间复杂度为O(n)的排序方法只有,基数排序。

        当待排记录序列按关键字顺序有序时,直接插入排序和起泡排序能达到O(n)的时间复杂度;而对于快速排序而言,这是最不好的情况,此时的时间性能蜕化为O(n2),因此是应该尽量避免的情况。简单选择排序、堆排序和归并排序的时间性能不随记录序列中关键字的分布而改变。

按平均的空间性能来分

(指的是排序过程中所需的辅助空间大小):

1.所有的简单排序方法(包括:直接插入、冒泡和简单选择)和堆排序的空间复杂度为O(1);

2.快速排序为O(logn),为栈所需的辅助空间;

3.归并排序所需辅助空间最多,其空间复杂度为O(n );

4.链式基数排序需附设队列首尾指针,则空间复杂度为O(rd)。

排序方法的稳定性能

1.稳定的排序方法指的是,对于两个关键字相等的记录,它们在序列中的相对位置,在排序之前和经过排序之后,没有改变。

2.当对多关键字的记录序列进行LSD方法排序时,必须采用稳定的排序方法。

3.对于不稳定的排序方法,只要能举出一个实例说明即可。

4.快速排序,希尔排序和堆排序是不稳定的排序方法。

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        最后,大家重点要掌握每个排序算法的使用方法、还有如何选择,在什么样的情况下用什么的排序算法,以达到效率最好,使用后最优化代码。

好啦!今天的练习就到这里。看吧这么努力的你又学到了很多,新的一天加油鸭!!!

【完】

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