算法

import java.util.Random;

/**
 * 排序测试类
 * 
 * 排序算法的分类如下： 1.插入排序（直接插入排序、折半插入排序、希尔排序）； 2.交换排序（冒泡泡排序、快速排序）；
 * 3.选择排序（直接选择排序、堆排序）； 4.归并排序； 5.基数排序。
 * 
 * 关于排序方法的选择： (1)若n较小(如n≤50)，可采用直接插入或直接选择排序。
 * 当记录规模较小时，直接插入排序较好；否则因为直接选择移动的记录数少于直接插人，应选直接选择排序为宜。
 * (2)若文件初始状态基本有序(指正序)，则应选用直接插人、冒泡或随机的快速排序为宜；
 * (3)若n较大，则应采用时间复杂度为O(nlgn)的排序方法：快速排序、堆排序或归并排序。
 * 
 */
/**
 * @path sort
 * @description JAVA排序汇总
 */
public class SortTest {

   // //////==============================产生随机数==============================///////////////////
   /**
    * @description 生成随机数
    * @return int[]
    */
   public int[] createArray() {
      Random random = new Random();
      int[] array = new int[10];
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
         array[i] = random.nextInt(100) - random.nextInt(100);// 生成两个随机数相减，保证生成的数中有负数
      }
      System.out.println("==========原始序列==========");
      printArray(array);
      return array;
   }

   /**
    * @description 打印出随机数
    * @param data
    */
   public void printArray(int[] data) {
      for (int i : data) {
         System.out.print(i + " ");
      }
      System.out.println();
   }

   /**
    * @description 交换相邻两个数
    * @param data
    * @param x
    * @param y
    */
   public void swap(int[] data, int x, int y) {
      int temp = data[x];
      data[x] = data[y];
      data[y] = temp;
   }

   /**
    * 冒泡排序----交换排序的一种
    * 方法：相邻两元素进行比较，如有需要则进行交换，每完成一次循环就将最大元素排在最后（如从小到大排序），下一次循环是将其他的数进行类似操作。
    * 性能：比较次数O(n^2),n^2/2；交换次数O(n^2),n^2/4
    * 
    * @param data
    *            要排序的数组
    * @param sortType
    *            排序类型
    * @return
    */
   public void bubbleSort(int[] data, String sortType) {
      if (sortType.equals("asc")) { // 正排序，从小排到大
         // 比较的轮数
         for (int i = 1; i < data.length; i++) { // 数组有多长,轮数就有多长
            // 将相邻两个数进行比较，较大的数往后冒泡
            for (int j = 0; j < data.length - i; j++) {// 每一轮下来会将比较的次数减少
               if (data[j] > data[j + 1]) {
                  // 交换相邻两个数
                  swap(data, j, j + 1);
               }
            }
         }
      } else if (sortType.equals("desc")) { // 倒排序，从大排到小
         // 比较的轮数
         for (int i = 1; i < data.length; i++) {
            // 将相邻两个数进行比较，较大的数往后冒泡
            for (int j = 0; j < data.length - i; j++) {
               if (data[j] < data[j + 1]) {
                  // 交换相邻两个数
                  swap(data, j, j + 1);
               }
            }
         }
      } else {
         System.out.println("您输入的排序类型错误！");
      }
      printArray(data);// 输出冒泡排序后的数组值
   }

   /**
    * 直接选择排序法----选择排序的一种 方法：每一趟从待排序的数据元素中选出最小（或最大）的一个元素，
    * 顺序放在已排好序的数列的最后，直到全部待排序的数据元素排完。 性能：比较次数O(n^2),n^2/2 交换次数O(n),n
    * 交换次数比冒泡排序少多了，由于交换所需CPU时间比比较所需的CUP时间多，所以选择排序比冒泡排序快。
    * 但是N比较大时，比较所需的CPU时间占主要地位，所以这时的性能和冒泡排序差不太多，但毫无疑问肯定要快些。
    * 
    * @param data
    *            要排序的数组
    * @param sortType
    *            排序类型
    * @return
    */
   public void selectSort(int[] data, String sortType) {
      if (sortType.endsWith("asc")) {// 正排序，从小排到大
         int index;
         for (int i = 1; i < data.length; i++) {
            index = 0;
            for (int j = 1; j <= data.length - i; j++) {
               if (data[j] > data[index]) {
                  index = j;
               }
            }
            // 交换在位置data.length-i和index(最大值)两个数
            swap(data, data.length - i, index);
         }
      } else if (sortType.equals("desc")) { // 倒排序，从大排到小
         int index;
         for (int i = 1; i < data.length; i++) {
            index = 0;
            for (int j = 1; j <= data.length - i; j++) {
               if (data[j] < data[index]) {
                  index = j;
               }
            }
            // 交换在位置data.length-i和index(最大值)两个数
            swap(data, data.length - i, index);
         }
      } else {
         System.out.println("您输入的排序类型错误！");
      }
      printArray(data);// 输出直接选择排序后的数组值
   }

   /**
    * 插入排序 方法：将一个记录插入到已排好序的有序表（有可能是空表）中,从而得到一个新的记录数增1的有序表。 性能：比较次数O(n^2),n^2/4
    * 复制次数O(n),n^2/4 比较次数是前两者的一般，而复制所需的CPU时间较交换少，所以性能上比冒泡排序提高一倍多，而比选择排序也要快。
    * 
    * @param data
    *            要排序的数组
    * @param sortType
    *            排序类型
    */
   public void insertSort(int[] data, String sortType) {
      if (sortType.equals("asc")) { // 正排序，从小排到大
         // 比较的轮数
         for (int i = 1; i < data.length; i++) {
            // 保证前i+1个数排好序
            for (int j = 0; j < i; j++) {
               if (data[j] > data[i]) {
                  // 交换在位置j和i两个数
                  swap(data, i, j);
               }
            }
         }
      } else if (sortType.equals("desc")) { // 倒排序，从大排到小
         // 比较的轮数
         for (int i = 1; i < data.length; i++) {
            // 保证前i+1个数排好序
            for (int j = 0; j < i; j++) {
               if (data[j] < data[i]) {
                  // 交换在位置j和i两个数
                  swap(data, i, j);
               }
            }
         }
      } else {
         System.out.println("您输入的排序类型错误！");
      }
      printArray(data);// 输出插入排序后的数组值
   }

   /**
    * 反转数组的方法
    * 
    * @param data
    *            源数组
    */
   public void reverse(int[] data) {
      int length = data.length;
      int temp = 0;// 临时变量
      for (int i = 0; i < length / 2; i++) {
         temp = data[i];
         data[i] = data[length - 1 - i];
         data[length - 1 - i] = temp;
      }
      printArray(data);// 输出到转后数组的值
   }

   /**
    * 快速排序 快速排序使用分治法（Divide and conquer）策略来把一个序列（list）分为两个子序列（sub-lists）。 步骤为：
    * 1. 从数列中挑出一个元素，称为 "基准"（pivot）， 2.
    * 重新排序数列，所有元素比基准值小的摆放在基准前面，所有元素比基准值大的摆在基准的后面（相同的数可以到任一边）。在这个分割之后，该基准是它的最后位置。这个称为分割（partition）操作。
    * 3. 递归地（recursive）把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序。
    * 递回的最底部情形，是数列的大小是零或一，也就是永远都已经被排序好了。虽然一直递回下去，但是这个算法总会结束，因为在每次的迭代（iteration）中，它至少会把一个元素摆到它最后的位置去。
    * 
    * @param data
    *            待排序的数组
    * @param low
    * @param high
    * @see SortTest#qsort(int[], int, int)
    * @see SortTest#qsort_desc(int[], int, int)
    */
   public void quickSort(int[] data, String sortType) {
      if (sortType.equals("asc")) { // 正排序，从小排到大
         qsort_asc(data, 0, data.length - 1);
      } else if (sortType.equals("desc")) { // 倒排序，从大排到小
         qsort_desc(data, 0, data.length - 1);
      } else {
         System.out.println("您输入的排序类型错误！");
      }
   }

   /**
    * 快速排序的具体实现，排正序
    * 
    * @param data
    * @param low
    * @param high
    */
   private void qsort_asc(int data[], int low, int high) {
      int i, j, x;
      if (low < high) { // 这个条件用来结束递归
         i = low;
         j = high;
         x = data[i];
         while (i < j) {
            while (i < j && data[j] > x) {
               j--; // 从右向左找第一个小于x的数
            }
            if (i < j) {
               data[i] = data[j];
               i++;
            }
            while (i < j && data[i] < x) {
               i++; // 从左向右找第一个大于x的数
            }
            if (i < j) {
               data[j] = data[i];
               j--;
            }
         }
         data[i] = x;
         qsort_asc(data, low, i - 1);
         qsort_asc(data, i + 1, high);
      }
   }

   /**
    * 快速排序的具体实现，排倒序
    * 
    * @param data
    * @param low
    * @param high
    */
   private void qsort_desc(int data[], int low, int high) {
      int i, j, x;
      if (low < high) { // 这个条件用来结束递归
         i = low;
         j = high;
         x = data[i];
         while (i < j) {
            while (i < j && data[j] < x) {
               j--; // 从右向左找第一个小于x的数
            }
            if (i < j) {
               data[i] = data[j];
               i++;
            }
            while (i < j && data[i] > x) {
               i++; // 从左向右找第一个大于x的数
            }
            if (i < j) {
               data[j] = data[i];
               j--;
            }
         }
         data[i] = x;
         qsort_desc(data, low, i - 1);
         qsort_desc(data, i + 1, high);
      }
   }

   /**
    * 二分查找特定整数在整型数组中的位置(递归) 查找线性表必须是有序列表
    * 
    * @paramdataset
    * @paramdata
    * @parambeginIndex
    * @paramendIndex
    * @returnindex
    */
   public int binarySearch(int[] dataset, int data, int beginIndex,
         int endIndex) {
      int midIndex = (beginIndex + endIndex) >>> 1; // 相当于mid = (low + high)
                                          // / 2，但是效率会高些
      if (data < dataset[beginIndex] || data > dataset[endIndex]
            || beginIndex > endIndex)
         return -1;
      if (data < dataset[midIndex]) {
         return binarySearch(dataset, data, beginIndex, midIndex - 1);
      } else if (data > dataset[midIndex]) {
         return binarySearch(dataset, data, midIndex + 1, endIndex);
      } else {
         return midIndex;
      }
   }

   /**
    * 二分查找特定整数在整型数组中的位置(非递归) 查找线性表必须是有序列表
    * 
    * @paramdataset
    * @paramdata
    * @returnindex
    */
   public int binarySearch(int[] dataset, int data) {
      int beginIndex = 0;
      int endIndex = dataset.length - 1;
      int midIndex = -1;
      if (data < dataset[beginIndex] || data > dataset[endIndex]
            || beginIndex > endIndex)
         return -1;
      while (beginIndex <= endIndex) {
         midIndex = (beginIndex + endIndex) >>> 1; // 相当于midIndex =
                                          // (beginIndex +
                                          // endIndex) / 2，但是效率会高些
         if (data < dataset[midIndex]) {
            endIndex = midIndex - 1;
         } else if (data > dataset[midIndex]) {
            beginIndex = midIndex + 1;
         } else {
            return midIndex;
         }
      }
      return -1;
   }



   // /////////////////////===================================测试====================//////////////////
   public static void main(String[] args) {
      SortTest ST = new SortTest();
      int[] array = ST.createArray();
      System.out.println("==========冒泡排序后(正序)==========");
      ST.bubbleSort(array, "asc");
      System.out.println("==========冒泡排序后(倒序)==========");
      ST.bubbleSort(array, "desc");

      array = ST.createArray();
      System.out.println("==========选择排序后(正序)==========");
      ST.selectSort(array, "asc");
      System.out.println("==========选择排序后(倒序)==========");
      ST.selectSort(array, "desc");

      array = ST.createArray();
        System.out.println("==========插入排序后(正序)==========");
        ST.insertSort(array, "asc");
        System.out.println("==========插入排序后(倒序)==========");
        ST.insertSort(array, "desc");

        array = ST.createArray();
        System.out.println("==========快速排序后(正序)==========");
        ST.quickSort(array, "asc");
        ST.printArray(array);
        System.out.println("==========快速排序后(倒序)==========");
        ST.quickSort(array, "desc");
        ST.printArray(array);
        System.out.println("==========数组二分查找==========");
        System.out.println("您要找的数在第" + ST.binarySearch(array, 74)+ "个位子。（下标从0计算）");

   }

}