Java重點(diǎn)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(jìn)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(shí)候就將其插入到前面的適當(dāng)位置,當(dāng)遍歷完整個(gè)數(shù)組,并完成插入操作后,排序完成。
時(shí)間復(fù)雜度:最好情況:O(N)
最壞情況:O(N^2)
空間復(fù)雜度:O(1)
結(jié)論:當(dāng)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(shí)現(xiàn)對整個(gè)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(biāo)元素) int tmp = array[i]; //j指向i的前一個(gè)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(jìn)行排序,當(dāng)分組的長度為1時(shí),進(jìn)行的就是直接插入排序。
時(shí)間復(fù)雜度:O(N1.3 ~ N1.5)
空間復(fù)雜度:O(1)
public static void shellSort(int[] array) { int gap = array.length; while (gap > 1) { //gap為1時(shí),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(gè)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小(大)元素,繼續(xù)放在起始位置直到未排序元素個(gè)數(shù)為0。
時(shí)間復(fù)雜度:O(N2)
空間復(fù)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(gè)大堆,堆頭元素就是整個(gè)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(biāo)往前移動一位,形成一個(gè)新堆,再向下調(diào)整構(gòu)建成大堆;==以此循環(huán),直到堆尾下標(biāo)與堆頭下標(biāo)重合,堆排序完成。
時(shí)間復(fù)雜度:O(N*log N)
空間復(fù)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(biāo)重新將堆向下調(diào)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(gè)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(diào)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?yàn)閮?yōu)化過的排序,定義一個(gè)boolean類型的變量來判斷數(shù)組是否已經(jīng)有序,若有序可以直接返回,以此來減少時(shí)間復(fù)雜度。
時(shí)間復(fù)雜度:最壞:O(N2)
最優(yōu):O(N)
空間復(fù)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(jìn)行 boolean flag = false; //內(nèi)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(jīng)有序,可以直接返回。 if (flag == false) return; } }
快速排序
思想:先找到一個(gè)中間元素,將小于這個(gè)元素的數(shù)放到它的左邊,大于這個(gè)元素的數(shù)放到它的右邊,再將左右兩部分進(jìn)行上述操作,重復(fù)以往,就完成快排操作。
時(shí)間復(fù)雜度:最好:O(Nlog 2N)
最壞:O(N2)
時(shí)間復(fù)雜度平均:O(Nlog2N)
空間復(fù)雜度:O(Nlog2N)
public static void quickSort(int[] array, int l, int r) { if (l >= r) return; //因?yàn)橛胐o 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(gè)分割點(diǎn) 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(gè)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(gè)元素,然后按順序合并為一個(gè)個(gè)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(shí)間復(fù)雜度:O(N*logN)
空間復(fù)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(gè)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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