Java实现冒泡排序、快速排序、选择排序、插入排序和归并排序

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2022-09-26 11:55 208阅读 0赞

1、常见的排序方法有：冒泡排序、快速排序、选择排序、插入排序、希尔排序，归并排序等。

**1.1 冒泡排序**  
　　冒泡排序是一种简单的排序算法。它重复地走访过要排序的数列，一次比较两个元素，如果他们的顺序错误就把他们交换过来。走访数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换，也就是说该数列已经排序完成。这个算法的名字由来是因为越小的元素会经由交换慢慢“浮”到数列的顶端。

/** * 冒泡法排序 * <li>比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换他们两个。</li> * <li>对每一对相邻元素作同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对。注意一点，最后的元素应该会是最大的数。</li> * <li>针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个。</li> * <li>持续每次对越来越少的元素重复上面的步骤，直到没有任何一对数字需要比较。</li> * * @param numbers 需要排序的整型数组 */ 
 public static void bubbleSort(int[] numbers) { 
 int temp; // 记录临时中间值 
 int size = numbers.length; // 数组大小 
 for (int i = 0; i < size - 1; i++) { 
 for (int j = i + 1; j < size; j++) { 
 if (numbers[i] < numbers[j]) { // 交换两数的位置 
 temp = numbers[i]; 
 numbers[i] = numbers[j]; 
 numbers[j] = temp; 
 } 
 } 
 } 
 }

**1.2 快速排序**  
快速排序使用分治法策略来把一个序列分为两个子序列。

/** * 快速排序 * <ul> * <li>从数列中挑出一个元素，称为“基准”</li> * <li>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。</li> * <li>递归地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。</li> * </ul> * * @param numbers * @param start * @param end */ 
 public static void quickSort(int[] numbers, int start, int end) { 
 if (start < end) { 
 int base = numbers[start]; // 选定的基准值（第一个数值作为基准值） 
 int temp; // 记录临时中间值 
 int i = start, j = end; 
 do { 
 while ((numbers[i] < base) && (i < end)) 
 i++; 
 while ((numbers[j] > base) && (j > start)) 
 j--; 
 if (i <= j) { 
 temp = numbers[i]; 
 numbers[i] = numbers[j]; 
 numbers[j] = temp; 
 i++; 
 j--; 
 } 
 } while (i <= j); 
 if (start < j) 
 quickSort(numbers, start, j); 
 if (end > i) 
 quickSort(numbers, i, end); 
 } 
 }

**1.3 选择排序**  
选择排序是一种简单直观的排序方法，每次寻找序列中的最小值，然后放在最末尾的位置。

/** * 选择排序 * <li>在未排序序列中找到最小元素，存放到排序序列的起始位置</li> * <li>再从剩余未排序元素中继续寻找最小元素，然后放到排序序列末尾。</li> * <li>以此类推，直到所有元素均排序完毕。</li> * * @param numbers */ 
 public static void selectSort(int[] numbers) { 
 int size = numbers.length, temp; 
 for (int i = 0; i < size; i++) { 
 int k = i; 
 for (int j = size - 1; j > i; j--) { 
 if (numbers[j] < numbers[k]) k = j; 
 } 
 temp = numbers[i]; 
 numbers[i] = numbers[k]; 
 numbers[k] = temp; 
 } 
 }

**1.4 插入排序**  
插入排序的工作原理是通过构建有序序列。对于未排序数据，在已排序序列中从后向前扫描，找到相应位置并插入。其具体步骤参见代码及注释。

/** * 插入排序 * <ul> * <li>从第一个元素开始，该元素可以认为已经被排序</li> * <li>取出下一个元素，在已经排序的元素序列中从后向前扫描</li> * <li>如果该元素（已排序）大于新元素，将该元素移到下一位置</li> * <li>重复步骤3，直到找到已排序的元素小于或者等于新元素的位置</li> * <li>将新元素插入到该位置中</li> * <li>重复步骤2</li> * </ul> * * @param numbers */ 
 public static void insertSort(int[] numbers) { 
 int size = numbers.length, temp, j; 
 for(int i=1; i<size; i++) { 
 temp = numbers[i]; 
 for(j = i; j > 0 && temp < numbers[j-1]; j--) 
 numbers[j] = numbers[j-1]; 
 numbers[j] = temp; 
 } 
 }

**1.5 归并排序**  
归并排序是建立在归并操作上的一种有效的排序算法，归并是指将两个已经排序的序列合并成一个序列的操作。参考代码如下：

/** * 归并排序 * <ul> * <li>申请空间，使其大小为两个已经排序序列之和，该空间用来存放合并后的序列</li> * <li>设定两个指针，最初位置分别为两个已经排序序列的起始位置</li> * <li>比较两个指针所指向的元素，选择相对小的元素放入到合并空间，并移动指针到下一位置</li> * <li>重复步骤3直到某一指针达到序列尾</li> * <li>将另一序列剩下的所有元素直接复制到合并序列尾</li> * </ul> * * @param numbers */ 
 public static void mergeSort(int[] numbers, int left, int right) { 
 int t = 1;// 每组元素个数 
 int size = right - left + 1; 
 while (t < size) { 
 int s = t;// 本次循环每组元素个数 
 t = 2 * s; 
 int i = left; 
 while (i + (t - 1) < size) { 
 merge(numbers, i, i + (s - 1), i + (t - 1)); 
 i += t; 
 } 
 if (i + (s - 1) < right) 
 merge(numbers, i, i + (s - 1), right); 
 } 
 }
 
 /** * 归并算法实现 * * @param data * @param p * @param q * @param r */ 
 private static void merge(int[] data, int p, int q, int r) { 
 int[] B = new int[data.length]; 
 int s = p; 
 int t = q + 1; 
 int k = p; 
 while (s <= q && t <= r) { 
 if (data[s] <= data[t]) { 
 B[k] = data[s]; 
 s++; 
 } else { 
 B[k] = data[t]; 
 t++; 
 } 
 k++; 
 } 
 if (s == q + 1) 
 B[k++] = data[t++]; 
 else 
 B[k++] = data[s++]; 
 for (int i = p; i <= r; i++) 
 data[i] = B[i]; 
 }

**2、总结**  
将前面介绍的所有排序算法整理成NumberSort类，代码如下：

import java.util.Random; 
 
 //Java实现的排序类 
 public class NumberSort { 
 //私有构造方法，禁止实例化 
 private NumberSort() { 
 super(); 
 } 
 
 //1. 冒泡法排序 
 public static void bubbleSort(int[] numbers) { 
 int temp; // 记录临时中间值 
 int size = numbers.length; // 数组大小 
 for (int i = 0; i < size - 1; i++) { 
 for (int j = i + 1; j < size; j++) { 
 if (numbers[i] < numbers[j]) { // 交换两数的位置 
 temp = numbers[i]; 
 numbers[i] = numbers[j]; 
 numbers[j] = temp; 
 } 
 } 
 } 
 } 
 
 //2. 快速排序
 public static void quickSort(int[] numbers, int start, int end) { 
 if (start < end) { 
 int base = numbers[start]; // 选定的基准值（第一个数值作为基准值） 
 int temp; // 记录临时中间值 
 int i = start, j = end; 
 do { 
 while ((numbers[i] < base) && (i < end)) 
 i++; 
 while ((numbers[j] > base) && (j > start)) 
 j--; 
 if (i <= j) { 
 temp = numbers[i]; 
 numbers[i] = numbers[j]; 
 numbers[j] = temp; 
 i++; 
 j--; 
 } 
 } while (i <= j); 
 if (start < j) 
 quickSort(numbers, start, j); 
 if (end > i) 
 quickSort(numbers, i, end); 
 } 
 }
 
 //3. 选择排序 
 public static void selectSort(int[] numbers) { 
 int size = numbers.length, temp; 
 for (int i = 0; i < size; i++) { 
 int k = i; 
 for (int j = size - 1; j > i; j--) { 
 if (numbers[j] < numbers[k]) 
 k = j; 
 } 
 temp = numbers[i]; 
 numbers[i] = numbers[k]; 
 numbers[k] = temp; 
 } 
 }
 
 //4. 插入排序 
 public static void insertSort(int[] numbers) { 
 int size = numbers.length, temp, j; 
 for (int i = 1; i < size; i++) { 
 temp = numbers[i]; 
 for (j = i; j > 0 && temp < numbers[j - 1]; j--) 
 numbers[j] = numbers[j - 1]; 
 numbers[j] = temp; 
 } 
 } 
 
 //5. 归并排序 
 public static void mergeSort(int[] numbers, int left, int right) { 
 int t = 1;// 每组元素个数 
 int size = right - left + 1; 
 while (t < size) { 
 int s = t;// 本次循环每组元素个数 
 t = 2 * s; 
 int i = left; 
 while (i + (t - 1) < size) { 
 merge(numbers, i, i + (s - 1), i + (t - 1)); 
 i += t; 
 } 
 if (i + (s - 1) < right) 
 merge(numbers, i, i + (s - 1), right); 
 } 
 }
 
 //6. 归并算法实现 
 private static void merge(int[] data, int p, int q, int r) { 
 int[] B = new int[data.length]; 
 int s = p; 
 int t = q + 1; 
 int k = p; 
 while (s <= q && t <= r) { 
 if (data[s] <= data[t]) { 
 B[k] = data[s]; 
 s++; 
 } else { 
 B[k] = data[t]; 
 t++; 
 } 
 k++; 
 } 
 if (s == q + 1) 
 B[k++] = data[t++]; 
 else 
 B[k++] = data[s++]; 
 for (int i = p; i <= r; i++) 
 data[i] = B[i]; 
 }
 }