• 【Java学习笔记之十一】Java中常用的8大排序算法详解总结


    分类:

    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(基数排序)
    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。

      

    // 排序原始数据
    private static final int[] NUMBERS =
    {49, 38, 65, 97, 76, 13, 27, 78, 34, 12, 64, 5, 4, 62, 99, 98, 54, 56, 17, 18, 23, 34, 15, 35, 25, 53, 51};

    1. 直接插入排序

    基本思想:在要排序的一组数中,假设前面(n-1)[n>=2] 个数已经是排

    好顺序的,现在要把第n个数插到前面的有序数中,使得这n个数

    也是排好顺序的。如此反复循环,直到全部排好顺序。

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     1 public static void insertSort(int[] array) {
     2      for (int i = 1; i < array.length; i++) {
     3          int temp = array[i];
     4          int j = i - 1;
     5          for (; j >= 0 && array[j] > temp; j--) {
     6              //将大于temp的值整体后移一个单位
     7              array[j + 1] = array[j];
     8          }
     9          array[j + 1] = temp;
    10      }
    11      System.out.println(Arrays.toString(array) + " insertSort");
    12  }
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    2希尔排序

    希尔排序,也称递减增量排序算法,是插入排序的一种更高效的改进版本。希尔排序是非稳定排序算法。
    希尔排序是基于插入排序的以下两点性质而提出改进方法的:
    插入排序在对几乎已经排好序的数据操作时,效率高,即可以达到线性排序的效率;
    但插入排序一般来说是低效的,因为插入排序每次只能将数据移动一位。
    先取一个正整数d1 < n, 把所有相隔d1的记录放一组,每个组内进行直接插入排序;然后d2 < d1,重复上述分组和排序操作;直至di = 1,即所有记录放进一个组中排序为止。

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     1 public static void shellSort(int[] array) {
     2     int i;
     3     int j;
     4     int temp;
     5     int gap = 1;
     6     int len = array.length;
     7     while (gap < len / 3) { gap = gap * 3 + 1; }
     8     for (; gap > 0; gap /= 3) {
     9         for (i = gap; i < len; i++) {
    10             temp = array[i];
    11             for (j = i - gap; j >= 0 && array[j] > temp; j -= gap) {
    12                 array[j + gap] = array[j];
    13             }
    14             array[j + gap] = temp;
    15         }
    16     }
    17     System.out.println(Arrays.toString(array) + " shellSort");
    18 }
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    3简单选择排序

    基本思想:在要排序的一组数中,选出最小的一个数与第一个位置的数交换;

    然后在剩下的数当中再找最小的与第二个位置的数交换,如此循环到倒数第二个数和最后一个数比较为止。

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     1 public static void selectSort(int[] array) {
     2     int position = 0;
     3     for (int i = 0; i < array.length; i++) {
     4         int j = i + 1;
     5         position = i;
     6         int temp = array[i];
     7         for (; j < array.length; j++) {
     8             if (array[j] < temp) {
     9                 temp = array[j];
    10                 position = j;
    11             }
    12         }
    13         array[position] = array[i];
    14         array[i] = temp;
    15     }
    16     System.out.println(Arrays.toString(array) + " selectSort");
    17 }
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    4堆排序

    基本思想:堆排序是一种树形选择排序,是对直接选择排序的有效改进。

    堆的定义如下:具有n个元素的序列(h1,h2,...,hn),当且仅当满足(hi>=h2i,hi>=2i+1)或(hi<=h2i,hi<=2i+1)(i=1,2,...,n/2)时称之为堆。在这里只讨论满足前者条件的堆。由堆的定义可以看出,堆顶元素(即第一个元素)必为最大项(大顶堆)。完全二叉树可以很直观地表示堆的结构。堆顶为根,其它为左子树、右子树。初始时把要排序的数的序列看作是一棵顺序存储的二叉树,调整它们的存储序,使之成为一个堆,这时堆的根节点的数最大。然后将根节点与堆的最后一个节点交换。然后对前面(n-1)个数重新调整使之成为堆。依此类推,直到只有两个节点的堆,并对它们作交换,最后得到有n个节点的有序序列。从算法描述来看,堆排序需要两个过程,一是建立堆,二是堆顶与堆的最后一个元素交换位置。所以堆排序有两个函数组成。一是建堆的渗透函数,二是反复调用渗透函数实现排序的函数。

     

    建堆:

    交换,从堆中踢出最大数

    剩余结点再建堆,再交换踢出最大数

    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。

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     1 public static void heapSort(int[] array) {
     2     /*
     3      *  第一步:将数组堆化
     4      *  beginIndex = 第一个非叶子节点。
     5      *  从第一个非叶子节点开始即可。无需从最后一个叶子节点开始。
     6      *  叶子节点可以看作已符合堆要求的节点,根节点就是它自己且自己以下值为最大。
     7      */
     8     int len = array.length - 1;
     9     int beginIndex = (len - 1) >> 1;
    10     for (int i = beginIndex; i >= 0; i--) {
    11         maxHeapify(i, len, array);
    12     }
    13     /*
    14      * 第二步:对堆化数据排序
    15      * 每次都是移出最顶层的根节点A[0],与最尾部节点位置调换,同时遍历长度 - 1。
    16      * 然后从新整理被换到根节点的末尾元素,使其符合堆的特性。
    17      * 直至未排序的堆长度为 0。
    18      */
    19     for (int i = len; i > 0; i--) {
    20         swap(0, i, array);
    21         maxHeapify(0, i - 1, array);
    22     }
    23     System.out.println(Arrays.toString(array) + " heapSort");
    24 }
    25 private static void swap(int i, int j, int[] arr) {
    26     int temp = arr[i];
    27     arr[i] = arr[j];
    28     arr[j] = temp;
    29 }
    30 /**
    31  * 调整索引为 index 处的数据,使其符合堆的特性。
    32  *
    33  * @param index 需要堆化处理的数据的索引
    34  * @param len   未排序的堆(数组)的长度
    35  */
    36 private static void maxHeapify(int index, int len, int[] arr) {
    37     int li = (index << 1) + 1; // 左子节点索引
    38     int ri = li + 1;           // 右子节点索引
    39     int cMax = li;             // 子节点值最大索引,默认左子节点。
    40     if (li > len) {
    41         return;       // 左子节点索引超出计算范围,直接返回。
    42     }
    43     if (ri <= len && arr[ri] > arr[li]) // 先判断左右子节点,哪个较大。
    44     { cMax = ri; }
    45     if (arr[cMax] > arr[index]) {
    46         swap(cMax, index, arr);      // 如果父节点被子节点调换,
    47         maxHeapify(cMax, len, arr);  // 则需要继续判断换下后的父节点是否符合堆的特性。
    48     }
    49 }
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    5冒泡排序

    基本思想:在要排序的一组数中,对当前还未排好序的范围内的全部数,自上而下对相邻的两个数依次进行比较和调整,让较大的数往下沉,较小的往上冒。即:每当两相邻的数比较后发现它们的排序与排序要求相反时,就将它们互换。

     

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     1 public static void bubbleSort(int[] array) {
     2     int temp = 0;
     3     for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
     4         for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {
     5             if (array[j] > array[j + 1]) {
     6                 temp = array[j];
     7                 array[j] = array[j + 1];
     8                 array[j + 1] = temp;
     9             }
    10         }
    11     }
    12     System.out.println(Arrays.toString(array) + " bubbleSort");
    13 }
    复制代码

    6. 快速排序

    基本思想:选择一个基准元素,通常选择第一个元素或者最后一个元素,通过一趟扫描,将待排序列分成两部分,一部分比基准元素小,一部分大于等于基准元素,此时基准元素在其排好序后的正确位置,然后再用同样的方法递归地排序划分的两部分。

    复制代码
     1 public static void quickSort(int[] array) {
     2     _quickSort(array, 0, array.length - 1);
     3     System.out.println(Arrays.toString(array) + " quickSort");
     4 }
     5 
     6 
     7 private static int getMiddle(int[] list, int low, int high) {
     8     int tmp = list[low];    //数组的第一个作为中轴
     9     while (low < high) {
    10         while (low < high && list[high] >= tmp) {
    11             high--;
    12         }
    13 
    14 
    15         list[low] = list[high];   //比中轴小的记录移到低端
    16         while (low < high && list[low] <= tmp) {
    17             low++;
    18         }
    19 
    20 
    21         list[high] = list[low];   //比中轴大的记录移到高端
    22     }
    23     list[low] = tmp;              //中轴记录到尾
    24     return low;                  //返回中轴的位置
    25 }
    26 
    27 
    28 private static void _quickSort(int[] list, int low, int high) {
    29     if (low < high) {
    30         int middle = getMiddle(list, low, high);  //将list数组进行一分为二
    31         _quickSort(list, low, middle - 1);      //对低字表进行递归排序
    32         _quickSort(list, middle + 1, high);      //对高字表进行递归排序
    33     }
    34 }
    复制代码

    7、归并排序

    基本排序:归并(Merge)排序法是将两个(或两个以上)有序表合并成一个新的有序表,即把待排序序列分为若干个子序列,每个子序列是有序的。然后再把有序子序列合并为整体有序序列。

     

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     1 public static void mergingSort(int[] array) {
     2     sort(array, 0, array.length - 1);
     3     System.out.println(Arrays.toString(array) + " mergingSort");
     4 }
     5 
     6 private static void sort(int[] data, int left, int right) {
     7     if (left < right) {
     8         //找出中间索引
     9         int center = (left + right) / 2;
    10         //对左边数组进行递归
    11         sort(data, left, center);
    12         //对右边数组进行递归
    13         sort(data, center + 1, right);
    14         //合并
    15         merge(data, left, center, right);
    16     }
    17 }
    18 
    19 private static void merge(int[] data, int left, int center, int right) {
    20     int[] tmpArr = new int[data.length];
    21     int mid = center + 1;
    22     //third记录中间数组的索引
    23     int third = left;
    24     int tmp = left;
    25     while (left <= center && mid <= right) {
    26         //从两个数组中取出最小的放入中间数组
    27         if (data[left] <= data[mid]) {
    28             tmpArr[third++] = data[left++];
    29         } else {
    30             tmpArr[third++] = data[mid++];
    31         }
    32     }
    33 
    34     //剩余部分依次放入中间数组
    35     while (mid <= right) {
    36         tmpArr[third++] = data[mid++];
    37     }
    38 
    39     while (left <= center) {
    40         tmpArr[third++] = data[left++];
    41     }
    42 
    43     //将中间数组中的内容复制回原数组
    44     while (tmp <= right) {
    45         data[tmp] = tmpArr[tmp++];
    46     }
    47 }
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    8、基数排序

     

    基本思想:将所有待比较数值(正整数)统一为同样的数位长度,数位较短的数前面补零。然后,从最低位开始,依次进行一次排序。这样从最低位排序一直到最高位排序完成以后,数列就变成一个有序序列。

     

    复制代码
     1 public static void radixSort(int[] array) {
     2     //首先确定排序的趟数;
     3     int max = array[0];
     4     for (int i = 1; i < array.length; i++) {
     5         if (array[i] > max) {
     6             max = array[i];
     7         }
     8     }
     9     int time = 0;
    10     //判断位数;
    11     while (max > 0) {
    12         max /= 10;
    13         time++;
    14     }
    15 
    16 
    17     //建立10个队列;
    18     ArrayList<ArrayList<Integer>> queue = new ArrayList<>();
    19     for (int i = 0; i < 10; i++) {
    20         ArrayList<Integer> queue1 = new ArrayList<>();
    21         queue.add(queue1);
    22     }
    23 
    24 
    25     //进行time次分配和收集;
    26     for (int i = 0; i < time; i++) {
    27         //分配数组元素;
    28         for (int anArray : array) {
    29             //得到数字的第time+1位数;
    30             int x = anArray % (int)Math.pow(10, i + 1) / (int)Math.pow(10, i);
    31             ArrayList<Integer> queue2 = queue.get(x);
    32             queue2.add(anArray);
    33             queue.set(x, queue2);
    34         }
    35         int count = 0;//元素计数器;
    36         //收集队列元素;
    37         for (int k = 0; k < 10; k++) {
    38             while (queue.get(k).size() > 0) {
    39                 ArrayList<Integer> queue3 = queue.get(k);
    40                 array[count] = queue3.get(0);
    41                 queue3.remove(0);
    42                 count++;
    43             }
    44         }
    45     }
    46     System.out.println(Arrays.toString(array) + " radixSort");
    47 }
    复制代码

    结果


    附上以上所有排序整理结果:

    复制代码
      1 package com.test.sort;
      2 
      3 import java.util.ArrayList;
      4 import java.util.Arrays;
      5 
      6 @SuppressWarnings("WeakerAccess")
      7 public final class SortDemo {
      8 
      9     // 排序原始数据
     10     private static final int[] NUMBERS =
     11             {49, 38, 65, 97, 76, 13, 27, 78, 34, 12, 64, 5, 4, 62, 99, 98, 54, 56, 17, 18, 23, 34, 15, 35, 25, 53, 51};
     12 
     13 
     14     public static void main(String[] args) {
     15         insertSort(NUMBERS);
     16         shellSort(NUMBERS);
     17         selectSort(NUMBERS);
     18         bubbleSort(NUMBERS);
     19         heapSort(NUMBERS);
     20         quickSort(NUMBERS);
     21         mergingSort(NUMBERS);
     22         radixSort(NUMBERS);
     23     }
     24 
     25 
     26     public static void insertSort(int[] array) {
     27         for (int i = 1; i < array.length; i++) {
     28             int temp = array[i];
     29             int j = i - 1;
     30             for (; j >= 0 && array[j] > temp; j--) {
     31                 //将大于temp的值整体后移一个单位
     32                 array[j + 1] = array[j];
     33             }
     34             array[j + 1] = temp;
     35         }
     36         System.out.println(Arrays.toString(array) + " insertSort");
     37     }
     38 
     39 
     40     public static void shellSort(int[] array) {
     41         int i;
     42         int j;
     43         int temp;
     44         int gap = 1;
     45         int len = array.length;
     46         while (gap < len /3){47             gap = gap *3+1;48}49for(; gap >0; gap /=3){50for(i = gap; i < len; i++){51                 temp = array[i];52for(j = i - gap; j >=0&& array[j]> temp; j -= gap){53                     array[j + gap]= array[j];54}55                 array[j + gap]= temp;56}57}58System.out.println(Arrays.toString(array)+" shellSort");59}6061publicstaticvoid selectSort(int[] array){62int position =0;63for(int i =0; i < array.length; i++){64int j = i +1;65             position = i;66int temp = array[i];67for(; j < array.length; j++){68if(array[j]< temp){69                     temp = array[j];70                     position = j;71}72}73             array[position]= array[i];74             array[i]= temp;75}76System.out.println(Arrays.toString(array)+" selectSort");77}787980publicstaticvoid bubbleSort(int[] array){81int temp =0;82for(int i =0; i < array.length -1; i++){83for(int j =0; j < array.length -1- i; j++){84if(array[j]> array[j +1]){85                     temp = array[j];86                     array[j]= array[j +1];87                     array[j +1]= temp;88}89}90}91System.out.println(Arrays.toString(array)+" bubbleSort");92}939495publicstaticvoid heapSort(int[] array){96/* 97         *  第一步:将数组堆化
     98         *  beginIndex = 第一个非叶子节点。
     99         *  从第一个非叶子节点开始即可。无需从最后一个叶子节点开始。
    100         *  叶子节点可以看作已符合堆要求的节点,根节点就是它自己且自己以下值为最大。
    101*/102int len = array.length -1;103int beginIndex =(len -1)>>1;104for(int i = beginIndex; i >=0; i--){105            maxHeapify(i, len, array);106}107/*108         * 第二步:对堆化数据排序
    109         * 每次都是移出最顶层的根节点A[0],与最尾部节点位置调换,同时遍历长度 - 1。
    110         * 然后从新整理被换到根节点的末尾元素,使其符合堆的特性。
    111         * 直至未排序的堆长度为 0。
    112*/113for(int i = len; i >0; i--){114             swap(0, i, array);115             maxHeapify(0, i -1, array);116}117System.out.println(Arrays.toString(array)+" heapSort");118}119120privatestaticvoid swap(int i,int j,int[] arr){121int temp = arr[i];122         arr[i]= arr[j];123         arr[j]= temp;124}125126/**127     * 调整索引为 index 处的数据,使其符合堆的特性。
    128     *
    129     * @param index 需要堆化处理的数据的索引
    130     * @param len   未排序的堆(数组)的长度
    131*/132privatestaticvoid maxHeapify(int index,int len,int[] arr){133int li =(index <<1)+1;// 左子节点索引134int ri = li +1;// 右子节点索引135int cMax = li;// 子节点值最大索引,默认左子节点。136if(li > len){137return;// 左子节点索引超出计算范围,直接返回。138}139if(ri <= len && arr[ri]> arr[li])// 先判断左右子节点,哪个较大。140{141             cMax = ri;142}143if(arr[cMax]> arr[index]){144             swap(cMax, index, arr);// 如果父节点被子节点调换,145             maxHeapify(cMax, len, arr);// 则需要继续判断换下后的父节点是否符合堆的特性。146}147}148149150publicstaticvoid quickSort(int[] array){151         _quickSort(array,0, array.length -1);152System.out.println(Arrays.toString(array)+" quickSort");153}154155156privatestaticint getMiddle(int[] list,int low,int high){157int tmp = list[low];//数组的第一个作为中轴158while(low < high){159while(low < high && list[high]>= tmp){160                 high--;161}162163164             list[low]= list[high];//比中轴小的记录移到低端165while(low < high && list[low]<= tmp){166                 low++;167}168169170             list[high]= list[low];//比中轴大的记录移到高端171}172         list[low]= tmp;//中轴记录到尾173return low;//返回中轴的位置174}175176177privatestaticvoid _quickSort(int[] list,int low,int high){178if(low < high){179int middle = getMiddle(list, low, high);//将list数组进行一分为二180             _quickSort(list, low, middle -1);//对低字表进行递归排序181             _quickSort(list, middle +1, high);//对高字表进行递归排序182}183}184185186publicstaticvoid mergingSort(int[] array){187         sort(array,0, array.length -1);188System.out.println(Arrays.toString(array)+" mergingSort");189}190191privatestaticvoid sort(int[] data,int left,int right){192if(left < right){193//找出中间索引194int center =(left + right)/2;195//对左边数组进行递归196            sort(data, left, center);197//对右边数组进行递归198             sort(data, center +1, right);199//合并200            merge(data, left, center, right);201}202}203204privatestaticvoid merge(int[] data,int left,int center,int right){205int[] tmpArr =newint[data.length];206int mid = center +1;207//third记录中间数组的索引208int third = left;209int tmp = left;210while(left <= center && mid <= right){211//从两个数组中取出最小的放入中间数组212if(data[left]<= data[mid]){213                 tmpArr[third++]= data[left++];214}else{215                 tmpArr[third++]= data[mid++];216}217}218219//剩余部分依次放入中间数组220while(mid <= right){221             tmpArr[third++]= data[mid++];222}223224while(left <= center){225             tmpArr[third++]= data[left++];226}227228//将中间数组中的内容复制回原数组229while(tmp <= right){230             data[tmp]= tmpArr[tmp++];231}232}233234235publicstaticvoid radixSort(int[] array){236//首先确定排序的趟数;237int max = array[0];238for(int i =1; i < array.length; i++){239if(array[i]> max){240                 max = array[i];241}242}243int time =0;244//判断位数;245while(max >0){246             max /=10;247             time++;248}249250251//建立10个队列;252ArrayList<ArrayList<Integer>> queue =newArrayList<>();253for(int i =0; i <10; i++){254ArrayList<Integer> queue1 =newArrayList<>();255            queue.add(queue1);256}257258259//进行time次分配和收集;260for(int i =0; i < time; i++){261//分配数组元素;262for(int anArray : array){263//得到数字的第time+1位数;264int x = anArray %(int)Math.pow(10, i +1)/(int)Math.pow(10, i);265ArrayList<Integer> queue2 = queue.get(x);266                queue2.add(anArray);267                queue.set(x, queue2);268}269int count =0;//元素计数器;270//收集队列元素;271for(int k =0; k <10; k++){272while(queue.get(k).size()>0){273ArrayList<Integer> queue3 = queue.get(k);274                     array[count]= queue3.get(0);275                     queue3.remove(0);276                     count++;277}278}279}280System.out.println(Arrays.toString(array)+" radixSort");281}282}
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