Java集合与数据结构 排序

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java集合与数据结构 排序相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

Java集合与数据结构 排序

概念

排序，就是使一串记录，按照其中的某个或某些关键字的大小，递增或递减的排列起来的操作。
平时的上下文中，如果提到排序，通常指的是排升序（非降序）。
通常意义上的排序，都是指的原地排序(in place sort)。

稳定性： 两个相等的数据，如果经过排序后，排序算法能保证其相对位置不发生变化，则我们称该算法是具备稳定性的排序算法。

插入排序

直接插入排序

整个区间被分为

  1. 有序区间
  2. 无序区间

每次选择无序区间的第一个元素，在有序区间内选择合适的位置插入

代码实现

逻辑代码：

public class InsertSort {
    public static void insertSort(int[] array) {
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int temp = array[i];
            int j = i-1;
            for (; j >= 0; j--) {
                if (array[j] > temp) {
                    array[j+1] = array[j];
                }else {
                    break;
                }
            }
            array[j+1] = temp;
        }
    }
}

调试代码：

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {10,3,2,7,19,78,65,127};
        System.out.println("排序前：" + Arrays.toString(array));
        InsertSort.insertSort(array);
        System.out.println("排序后：" + Arrays.toString(array));
    }
}

该代码的执行结果为：

可见，实现了对原数组的升序排序。

性能分析

时间复杂度：
最好情况：O(n)【数据有序】
平均情况：O(n2)
最坏情况：O(n2)【数据逆序】

空间复杂度：O(1)

稳定性：稳定

对于直接插入排序：越有序越快。另外，直接插入排序会用在一些排序的优化上。

希尔排序

希尔排序法又称缩小增量法。希尔排序法的基本思想是：先选定一个整数，把待排序文件中所有记录分成个组，所有距离为的记录分在同一组内，并对每一组内的记录进行排序。然后，取，重复上述分组和排序的工作。当到达=1时， 所有记录在统一组内排好序。

  1. 希尔排序是对直接插入排序的优化。
  2. 当gap > 1时都是预排序，目的是让数组更接近于有序。当gap == 1时，数组已经接近有序的了，这样就会很快。这样整体而言，可以达到优化的效果。我们实现后可以进行性能测试的对比。

代码实现

逻辑代码：

public class ShellSort {
    public static void shell(int[] array,int gap) {
        for (int i = gap; i < array.length; i = i + gap) {
            int temp = array[i];
            int j = i-gap;
            for (; j >= 0; j = j-gap) {
                if (array[j] > temp) {
                    array[j+gap] = array[j];
                }else {
                    break;
                }
            }
            array[j+gap] = temp;
        }
    }

    public static void shellSort(int[] array) {
        int[] drr = {5,3,1};//增量数组-->没有明确的规定，但保证为素数的增量序列
        for (int i = 0; i < drr.length; i++) {
            shell(array,drr[i]);
        }
    }
}

测试代码：

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {10,3,2,7,19,78,65,127};
        System.out.println("排序前：" + Arrays.toString(array));
        ShellSort.shellSort(array);
        System.out.println("排序后：" + Arrays.toString(array));
    }
}

该代码的执行结果为：

可见，实现了对原数组的升序排序。

性能分析

时间复杂度：
最好情况：O(n)【数据有序】
平均情况：O(n1.3)
最坏情况： O(n2) 【比较难构造】

空间复杂度：O(1)

稳定性：不稳定

选择排序

直接选择排序

每一次从无序区间选出最大（或最小）的一个元素，存放在无序区间的最后（或最前），直到全部待排序的数据元素排完 。

代码实现

逻辑代码：

public class SelectSort {
    public static void selectSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {
            for (int j = i+1; j < array.length; j++) {
                if (array[i] > array[j]) {
                    int temp = array[j];
                    array[j] = array[i];
                    array[i] = temp;
                }
            }
        }
    }
}

测试代码：

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {10,3,2,7,19,78,65,127};
        System.out.println("排序前：" + Arrays.toString(array));
        SelectSort.selectSort(array);
        System.out.println("排序后：" + Arrays.toString(array));
    }
}

该代码的执行结果为：

可见，实现了对原数组的升序排序。

性能分析

时间复杂度 : 不管是最好情况还是最坏情况都是O(n2) 【数据不敏感】

空间复杂度: O(1)

稳定性：不稳定

堆排序

基本原理也是选择排序，只是不在使用遍历的方式查找无序区间的最大的数，而是通过堆来选择无序区间的最大的数。
注意：排升序要建大堆；排降序要建小堆。

代码实现

逻辑代码：

public class HeapSort {
    public static void heapSort(int[] array) {
        PriorityQueue<Integer> priorityQueue = new PriorityQueue<>(new Comparator<Integer>() {
            @Override
            public int compare(Integer o1, Integer o2) {
                return o1-o2;
            }
        });
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            priorityQueue.add(array[i]);
        }
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            array[i] = priorityQueue.poll();
        }
    }
}

测试代码：

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {10,3,2,7,19,78,65,127};
        System.out.println("排序前：" + Arrays.toString(array));
        HeapSort.heapSort(array);
        System.out.println("排序后：" + Arrays.toString(array));
    }
}

该代码的执行结果为：

可见，实现了对原数组的升序排序。

性能分析

时间复杂度：不管是最好的情况还是最坏的情况都是O(n * log(n)) 。

空间复杂度：O(1)。

稳定性：不稳定

交换排序

冒泡排序

在无序区间，通过相邻数的比较，将最大的数冒泡到无序区间的最后，持续这个过程，直到数组整体有序。

代码实现

逻辑代码：

public class BubbleBort {
    public static void bubbleBort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {
            for (int j = 0; j < array.length-i-1; j++) {
                if (array[j] > array[j+1]) {
                    int temp = array[j];
                    array[j] = array[j+1];
                    array[j+1] = temp;
                }
            }
        }
    }
}

测试代码：

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {10,3,2,7,19,78,65,127};
        System.out.println("排序前：" + Arrays.toString(array));
        BubbleBort.bubbleBort(array);
        System.out.println("排序后：" + Arrays.toString(array));
    }
}

该代码的执行结果为：

可见，实现了对原数组的升序排序。

性能分析

时间复杂度：
最好情况：O(n)【数据有序】
平均情况：O(n2)
最坏情况： O(n2) 【数据逆序】

空间复杂度：O(1)。

稳定性：稳定

快速排序

  1. 从待排序区间选择一个数，作为基准值(pivot)；
  2. Partition: 遍历整个待排序区间，将比基准值小的（可以包含相等的）放到基准值的左边，将比基准值大的（可以包含相等的）放到基准值的右边；
  3. 采用分治思想，对左右两个小区间按照同样的方式处理，直到小区间的长度 = 1，代表已经有序，或者小区间的长度 = 0，代表没有数据。

代码实现

逻辑代码：

public class QuickSort {
    public static void quick(int[] array,int low,int high) {
        if (low < high) {
            int piv = piovt(array,low,high);//找基准
            quick(array,low,piv-1);
            quick(array,piv+1,high);
        }
    }

    private static int piovt(int[] array,int start,int end) {
        int temp = array[start];
        while (start < end) {
            while (start < end && array[end] >= temp) {
                end--;
            }
            array[start] = array[end];


            while (start < end && array[start] < temp) {
                start++;
            }
            array[end] = array[start];
        }
        array[start] = temp;
        return start;
    }

    public static void quickSort(int[] array) {
        quick(array,0,array.length-1);
    }
}

测试代码：

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {10,3,2,7,19,78,65,127};
        System.out.println("排序前：" + Arrays.toString(array));
        QuickSort.quickSort(array);
        System.out.println("排序后：" + Arrays.toString(array));
    }
}

该代码的执行结果为：

可见，实现了对原数组的升序排序。

性能分析

时间复杂度：
最好情况：O(n * log(n))
平均情况：O(n * log(n))
最坏情况： O(n2)

空间复杂度：
最好情况：O(log(n))
平均情况：O(log(n))
最坏情况：O(n)

稳定性：不稳定

非递归实现快速排序

代码实现

逻辑代码：

/**
 * 非递归实现快速排序
 */
public class QuickSortNor {
    public static void quickSortNor(int[] array) {
        int low = 0;
        int high = array.length - 1;
        int piv = piovt(array, low, high);
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        if (piv > low + 1) {
            stack.push(low);
            stack.push(piv - 1);
        }
        if (piv < high - 1) {
            stack.push(piv + 1);
            stack.push(high);
        }
        while (!stack.isEmpty()) {
            high = stack.pop();
            low = stack.pop();
            piv = piovt(array, low, high);
            if (piv > low + 1) {
                stack.push(low);
                stack.push(piv - 1);
            }
            if (piv < high - 1) {
                stack.push(piv + 1);
                stack.push(high);
            }
        }
    }

    private static int piovt(int[] array, int start, int end) {
        int temp = array[start];
        while (start < end) {
            while (start < end && array[end] >= temp) {
                end--;
            }
            array[start] = array[end];
            while (start < end && array[start] < temp) {
                start++;
            }
            array[end] = array[start];
        }
        array[start] = temp;
        return start;
    }
}

测试代码：

public class TestDemo {
    public static void main(String[
以上是关于Java集合与数据结构 排序的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
 

 Java集合与数据结构 排序


 Java集合与数据结构 排序


 Java集合与数据结构——七大排序算法的实现


 201621123054《Java程序设计》第九周学习总结


 201621123048《Java程序设计》第九周学习总结


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