Java重點之基于比較的七大排序
七大基于比較的排序
直接插入排序
思想:以雙指針來進行遍歷數(shù)組和尋找較小元素的操作,每次找到較小元素的時候就將其插入到前面的適當位置,當遍歷完整個數(shù)組,并完成插入操作后,排序完成。
時間復雜度:最好情況:O(N)
最壞情況:O(N^2)
空間復雜度:O(1)
結論:當一組數(shù)據(jù)趨近于有序,適用于插入排序
public static void insertSort(int[] array) {
//該循環(huán)實現(xiàn)對整個數(shù)組的遍歷操作
for (int i = 1; i < array.length; ++i) {
//記錄將被插入的元素(i下標元素)
int tmp = array[i];
//j指向i的前一個元素
int j = i - 1;
for (; j >= 0; j--) {
//如果j指向的元素比被插入元素大,就往后移一位
if (array[j] > tmp) {
array[j + 1] = array[j];
} else {//否則就找到了插入位置,跳出該循環(huán)
break;
}
}
//j+1即為插入位置
array[j + 1] = tmp;
}
}
希爾排序
思想:將數(shù)組不斷分組再進行排序,當分組的長度為1時,進行的就是直接插入排序。
時間復雜度:O(N1.3 ~ N1.5)
空間復雜度:O(1)
public static void shellSort(int[] array) {
int gap = array.length;
while (gap > 1) {
//gap為1時,就是直接插入排序
gap = gap / 3 + 1;
shell(array, gap);
}
}
public static void shell(int[] array, int gap) {
for (int i = gap; i < array.length; ++i) {
int tmp = array[i];
int j = i - gap;
for (; j >= 0; j -= gap) {
if (array[j] > tmp) {
array[j + gap] = array[j];
} else {
break;
}
}
array[j + gap] = tmp;
}
}
選擇排序
思想:選擇排序是一種簡單直觀的排序算法。它的工作原理是:第一次從待排序的數(shù)據(jù)元素中選出最小(或最大)的一個元素,存放在序列的起始位置,然后再從剩余的未排序元素中尋找到最?。ù螅┰?,繼續(xù)放在起始位置直到未排序元素個數(shù)為0。
時間復雜度:O(N2)
空間復雜度:O(N2)
public static void selectSort(int[] array){
for(int i = 0;i<array.length;++i){
for(int j = i+1;j<array.length;++j){
if(array[j]<array[i]){
int tmp = array[i];
array[i] = array[j];
array[j] = tmp;
}
}
}
}
堆排序
思想:從小到大排序,就先建一個大堆,堆頭元素就是整個數(shù)組中最大的數(shù),==因此我們每次將堆頭元素與堆尾元素交換,交換一次,堆尾下標往前移動一位,形成一個新堆,再向下調整構建成大堆;==以此循環(huán),直到堆尾下標與堆頭下標重合,堆排序完成。
時間復雜度:O(N*log N)
空間復雜度:O(1)
public static void heapSort(int[] array) {
createHeap(array);//建大堆
int end = array.length - 1;
//將堆頭元素與堆尾元素互換位置,就將最大元素放到了最后一位,舍去最后一位小標重新將堆向下調整;直到堆為空,數(shù)組中元素就排序完成。
while (end >= 0) {
int tmp = array[0];
array[0] = array[end];
array[end] = tmp;
end--;
siftDown(array, 0, end);
}
}
//從小到大排序,建一個大堆
public static void createHeap(int[] array) {
for (int parent = (array.length - 1) / 2; parent >= 0; parent--) {
siftDown(array, parent, array.length-1);
}
}
//向下調整大堆
public static void siftDown(int[] array, int root, int end) {
int parent = root;
int child = 2 * parent + 1;
while (child <= end) {
if (child + 1 <= end && array[child] < array[child + 1])
child++;
if (array[parent] < array[child]) {
int tmp = array[parent];
array[parent] = array[child];
array[child] = tmp;
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
} else {
break;
}
}
}
冒泡排序
思想:相鄰的元素兩兩比較,較大的數(shù)下沉,較小的數(shù)冒起來,這樣一趟比較下來,最大(小)值就會排列在一端。該冒泡排序為優(yōu)化過的排序,定義一個boolean類型的變量來判斷數(shù)組是否已經有序,若有序可以直接返回,以此來減少時間復雜度。
時間復雜度:最壞:O(N2)
最優(yōu):O(N)
空間復雜度:O(1)
public static void bubbleSort(int[] array) {
//最外層循環(huán)為比較的趟數(shù)
for (int i = 0; i < array.length - 1; ++i) {
//flag是為了判斷接下來的循環(huán)是否有必要進行
boolean flag = false;
//內層循環(huán)為每趟比較的次數(shù)
for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; ++j) {
if (array[j] > array[j + 1]) {
int tmp = array[j];
array[j] = array[j + 1];
array[j + 1] = tmp;
flag = true;
}
}
//flag==false說明這趟循環(huán)沒有交換數(shù)據(jù),也就是說數(shù)組已經有序,可以直接返回。
if (flag == false) return;
}
}
快速排序
思想:先找到一個中間元素,將小于這個元素的數(shù)放到它的左邊,大于這個元素的數(shù)放到它的右邊,再將左右兩部分進行上述操作,重復以往,就完成快排操作。
時間復雜度:最好:O(Nlog 2N)
最壞:O(N2)
時間復雜度平均:O(Nlog2N)
空間復雜度:O(Nlog2N)
public static void quickSort(int[] array, int l, int r) {
if (l >= r) return;
//因為用do while()循環(huán),所以先將左右指針向兩邊移動一位
int i = l - 1, j = r + 1;
//取數(shù)組中間元素的值作為這個分割點
int mid = array[(l + r)>>1];
while (i < j) {
//左邊的數(shù)小于中間值,指針向右移動
do ++i; while (array[i] < mid);
//右邊的數(shù)大于中間值,指針向左移動
do --j; while (array[j] > mid);
//兩個指針停下后交換元素
if (i < j) {
int tmp = array[i];
array[i] = array[j];
array[j] = tmp;
}
}
//遞歸左半部分
quickSort(array, l, j);
//遞歸右半部分
quickSort(array, j + 1, r);
}
歸并排序
思想:先分組再排序,和快排操作順序相反。將數(shù)組分為左右兩部分,再對左右兩部分 分別再分組,以此類推,直到每一部分只有一個元素,然后按順序合并為一個個新的有序數(shù)組,小數(shù)組歸并為大數(shù)組,以此類推就得到排序后的數(shù)組。
時間復雜度:O(N*logN)
空間復雜度:O(N)
public static void mergeSort(int[] array){
mergerSortInternal(array,0,array.length-1);
}
public static void mergerSortInternal (int[] array,int l,int r){
if(l>=r) return;
int mid = (l+r)>>1;
//遞歸左半部分
mergerSortInternal(array,l,mid);
//遞歸右半部分
mergerSortInternal(array,mid+1,r);
//歸并
merge(array,l,mid,r);
}
public static void merge(int[] array,int l,int mid, int r){
int s1 = l,e1 = mid;
int s2 = mid+1, e2 = r;
int [] tmp = new int[r-l+1];
int k = 0;
//比較兩個有序小數(shù)組元素,將小的元素放到新數(shù)組前面,大的元素放到新數(shù)組后面
while(s1<=e1 && s2<=e2){
if(array[s1]<array[s2]){
tmp[k++] = array[s1++];
}else{
tmp[k++] = array[s2++];
}
}
//處理剩余元素
while(s1<=e1) tmp[k++] = array[s1++];
while(s2<=e2) tmp[k++] = array[s2++];
//將排完序的新數(shù)組元素放回原數(shù)組中
for(int i = 0;i<tmp.length;++i){
array[i+l] = tmp[i];
}
}
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