import java.util.Random;

/**
 * 排序測試類
 *
 * 排序算法的分類如下： 1.插入排序（直接插入排序、折半插入排序、希爾排序）； 2.交換排序（冒泡泡排序、快速排序）；
 * 3.選擇排序（直接選擇排序、堆排序）； 4.歸并排序； 5.基數(shù)排序。
 *
 * 關(guān)于排序方法的選擇： (1)若n較小(如n≤50)，可采用直接插入或直接選擇排序。
 * 當記錄規(guī)模較小時，直接插入排序較好；否則因為直接選擇移動的記錄數(shù)少于直接插人，應選直接選擇排序為宜。
 * (2)若文件初始狀態(tài)基本有序(指正序)，則應選用直接插人、冒泡或隨機的快速排序為宜；
 * (3)若n較大，則應采用時間復雜度為O(nlgn)的排序方法：快速排序、堆排序或歸并排序。
 *
 */

public class Sort {
 /**
  * 初始化測試數(shù)組的方法
  *
  * @return 一個初始化好的數(shù)組
  */
 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);// 生成兩個隨機數(shù)相減，保證生成的數(shù)中有負數(shù)
  }
  System.out.println("==========原始序列==========");
  printArray(array);
  return array;
 }

 /**
  * 打印數(shù)組中的元素到控制臺
  *
  * @param source
  */
 public void printArray(int[] data) {
  for (int i : data) {
   System.out.print(i + " ");
  }
  System.out.println();
 }

 /**
  * 交換數(shù)組中指定的兩元素的位置
  *
  * @param data
  * @param x
  * @param y
  */
 private void swap(int[] data, int x, int y) {
  int temp = data[x];
  data[x] = data[y];
  data[y] = temp;
 }

 /**
  * 冒泡排序----交換排序的一種
  * 方法：相鄰兩元素進行比較，如有需要則進行交換，每完成一次循環(huán)就將最大元素排在最后（如從小到大排序），下一次循環(huán)是將其他的數(shù)進行類似操作。
  * 性能：比較次數(shù)O(n^2),n^2/2；交換次數(shù)O(n^2),n^2/4
  *
  * @param data
  *            要排序的數(shù)組
  * @param sortType
  *            排序類型
  * @return
  */
 public void bubbleSort(int[] data, String sortType) {
  if (sortType.equals("asc")) { // 正排序，從小排到大
   // 比較的輪數(shù)
   for (int i = 1; i < data.length; i++) {
    // 將相鄰兩個數(shù)進行比較，較大的數(shù)往后冒泡
    for (int j = 0; j < data.length - i; j++) {
     if (data[j] > data[j + 1]) {
      // 交換相鄰兩個數(shù)
      swap(data, j, j + 1);
     }
    }
   }
  } else if (sortType.equals("desc")) { // 倒排序，從大排到小
   // 比較的輪數(shù)
   for (int i = 1; i < data.length; i++) {
    // 將相鄰兩個數(shù)進行比較，較大的數(shù)往后冒泡
    for (int j = 0; j < data.length - i; j++) {
     if (data[j] < data[j + 1]) {
      // 交換相鄰兩個數(shù)
      swap(data, j, j + 1);
     }
    }
   }
  } else {
   System.out.println("您輸入的排序類型錯誤！");
  }
  printArray(data);// 輸出冒泡排序后的數(shù)組值
 }

 /**
  * 直接選擇排序法----選擇排序的一種
  * 方法：每一趟從待排序的數(shù)據(jù)元素中選出最?。ɑ蜃畲螅┑囊粋€元素， 順序放在已排好序的數(shù)列的最后，直到全部待排序的數(shù)據(jù)元素排完。
  * 性能：比較次數(shù)O(n^2),n^2/2
  * 交換次數(shù)O(n),n
  * 交換次數(shù)比冒泡排序少多了，由于交換所需CPU時間比比較所需的CUP時間多，所以選擇排序比冒泡排序快。
  * 但是N比較大時，比較所需的CPU時間占主要地位，所以這時的性能和冒泡排序差不太多，但毫無疑問肯定要快些。
  *
  * @param data
  *            要排序的數(shù)組
  * @param sortType
  *            排序類型
  * @return
  *
  */
 public void selectSort(int[] data, String sortType) {
  if (sortType.equals("asc")) { // 正排序，從小排到大
   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;
     }
    }
    // 交換在位置data.length-i和index(最大值)兩個數(shù)
    swap(data, data.length - i, index);
   }
  } else if (sortType.equals("desc")) { // 倒排序，從大排到小
   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;
     }
    }
    // 交換在位置data.length-i和index(最大值)兩個數(shù)
    swap(data, data.length - i, index);
   }
  } else {
   System.out.println("您輸入的排序類型錯誤！");
  }
  printArray(data);// 輸出直接選擇排序后的數(shù)組值
 }

 /**
  *
  * 插入排序
  *
  * 方法：將一個記錄插入到已排好序的有序表（有可能是空表）中,從而得到一個新的記錄數(shù)增1的有序表。
  * 性能：比較次數(shù)O(n^2),n^2/4
  * 復制次數(shù)O(n),n^2/4
  * 比較次數(shù)是前兩者的一般，而復制所需的CPU時間較交換少，所以性能上比冒泡排序提高一倍多，而比選擇排序也要快。
  *
  * @param data
  *            要排序的數(shù)組
  * @param sortType
  *            排序類型
  */
 public void insertSort(int[] data, String sortType) {
  if (sortType.equals("asc")) { // 正排序，從小排到大
   // 比較的輪數(shù)
   for (int i = 1; i < data.length; i++) {
    // 保證前i+1個數(shù)排好序
    for (int j = 0; j < i; j++) {
     if (data[j] > data[i]) {
      // 交換在位置j和i兩個數(shù)
      swap(data, i, j);
     }
    }
   }
  } else if (sortType.equals("desc")) { // 倒排序，從大排到小
   // 比較的輪數(shù)
   for (int i = 1; i < data.length; i++) {
    // 保證前i+1個數(shù)排好序
    for (int j = 0; j < i; j++) {
     if (data[j] < data[i]) {
      // 交換在位置j和i兩個數(shù)
      swap(data, i, j);
     }
    }
   }
  } else {
   System.out.println("您輸入的排序類型錯誤！");
  }
  printArray(data);// 輸出插入排序后的數(shù)組值
 }

 /**
  *
  * 反轉(zhuǎn)數(shù)組的方法
  *
  * @param data
  *            源數(shù)組
  */
 public void reverse(int[] data) {
  int length = data.length;
  int temp = 0;// 臨時變量
  for (int i = 0; i < length / 2; i++) {
   temp = data[i];
   data[i] = data[length - 1 - i];
   data[length - 1 - i] = temp;
  }
  printArray(data);// 輸出到轉(zhuǎn)后數(shù)組的值
 }

 /**
  *
  * 快速排序
  *
  * 快速排序使用分治法（Divide and conquer）策略來把一個序列（list）分為兩個子序列（sub-lists）。
  *
  * 步驟為：
  * 1. 從數(shù)列中挑出一個元素，稱為 "基準"（pivot），
  * 2.重新排序數(shù)列，所有元素比基準值小的擺放在基準前面，所有元素比基準值大的擺在基準的后面（相同的數(shù)可以到任一邊）。在這個分割之后，該基準是它的最后位置。這個稱為分割（partition）操作。
  * 3. 遞歸地（recursive）把小于基準值元素的子數(shù)列和大于基準值元素的子數(shù)列排序。
  *
  * 遞回的最底部情形，是數(shù)列的大小是零或一，也就是永遠都已經(jīng)被排序好了。雖然一直遞回下去，但是這個算法總會結(jié)束，因為在每次的迭代（iteration）中，它至少會把一個元素擺到它最后的位置去。
  *
  * @param data
  *            待排序的數(shù)組
  * @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，從小排到大
   qsort_asc(data, 0, data.length - 1);
  } else if (sortType.equals("desc")) { // 倒排序，從大排到小
   qsort_desc(data, 0, data.length - 1);
  } else {
   System.out.println("您輸入的排序類型錯誤！");
  }
 }

 /**
  *
  * 快速排序的具體實現(xiàn)，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) { // 這個條件用來結(jié)束遞歸
   i = low;
   j = high;
   x = data[i];
   while (i < j) {
    while (i < j && data[j] > x) {
     j--; // 從右向左找第一個小于x的數(shù)
    }
    if (i < j) {
     data[i] = data[j];
     i++;
    }
    while (i < j && data[i] < x) {
     i++; // 從左向右找第一個大于x的數(shù)
    }
    if (i < j) {
     data[j] = data[i];
     j--;
    }
   }
   data[i] = x;
   qsort_asc(data, low, i - 1);
   qsort_asc(data, i + 1, high);
  }
 }

 /**
  *
  * 快速排序的具體實現(xiàn)，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) { // 這個條件用來結(jié)束遞歸
   i = low;
   j = high;
   x = data[i];
   while (i < j) {
    while (i < j && data[j] < x) {
     j--; // 從右向左找第一個小于x的數(shù)
    }
    if (i < j) {
     data[i] = data[j];
     i++;
    }
    while (i < j && data[i] > x) {
     i++; // 從左向右找第一個大于x的數(shù)
    }
    if (i < j) {
     data[j] = data[i];
     j--;
    }
   }
   data[i] = x;
   qsort_desc(data, low, i - 1);
   qsort_desc(data, i + 1, high);
  }
 }

 /**
  *
  * 二分查找特定整數(shù)在整型數(shù)組中的位置(遞歸)
  *
  * 查找線性表必須是有序列表
  *
  * @paramdataset
  * @paramdata
  * @parambeginIndex
  * @paramendIndex
  * @returnindex
  *
  */
 public int binarySearch(int[] dataset, int data, int beginIndex,int endIndex) {
  int midIndex = (beginIndex + endIndex) >>> 1; // 相當于mid = (low + high)
              // / 2，但是效率會高些
  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;
  }
 }

 /**
  *
  * 二分查找特定整數(shù)在整型數(shù)組中的位置(非遞歸)
  *
  * 查找線性表必須是有序列表
  *
  * @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; // 相當于midIndex =
              // (beginIndex +
              // endIndex) / 2，但是效率會高些
   if (data < dataset[midIndex]) {
    endIndex = midIndex - 1;
   } else if (data > dataset[midIndex]) {
    beginIndex = midIndex + 1;
   } else {
    return midIndex;
   }
  }
  return -1;
 }

 public static void main(String[] args) {

  Sort sortTest = new Sort();

  int[] array = sortTest.createArray();
  System.out.println("==========冒泡排序后(正序)==========");
  sortTest.bubbleSort(array, "asc");
  System.out.println("==========冒泡排序后(倒序)==========");
  sortTest.bubbleSort(array, "desc");

  array = sortTest.createArray();
  System.out.println("==========倒轉(zhuǎn)數(shù)組后==========");
  sortTest.reverse(array);

  array = sortTest.createArray();
  System.out.println("==========選擇排序后(正序)==========");
  sortTest.selectSort(array, "asc");
  System.out.println("==========選擇排序后(倒序)==========");
  sortTest.selectSort(array, "desc");

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

  array = sortTest.createArray();
  System.out.println("==========快速排序后(正序)==========");
  sortTest.quickSort(array, "asc");
  sortTest.printArray(array);
  System.out.println("==========快速排序后(倒序)==========");
  sortTest.quickSort(array, "desc");
  sortTest.printArray(array);

  System.out.println("==========數(shù)組二分查找==========");
  System.out.println("您要找的數(shù)在第" + sortTest.binarySearch(array, 74)

  + "個位子。（下標從0計算）");
 }
}