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Java 中常见的排序算法
Java 中常见的排序算法有 冒泡排序、选择排序、插入排序、希尔排序、归并排序、快速排序、堆排序等。下面我将详细介绍这些排序算法的代码实现和时间复杂度。
冒泡排序
冒泡排序是一种简单的排序算法,它的基本思想是:两两比较相邻元素,如果它们的顺序错误就将其交换,直到没有任何一对数字需要交换为止。
以下是冒泡排序的 Java 代码实现:
public static void bubbleSort(int[] arr) {
int n = arr.length;
for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {
if (arr[j] > arr[j + 1]) {
int temp = arr[j];
arr[j] = arr[j + 1];
arr[j + 1] = temp;
}
}
}
}
时间复杂度:O(n^2)
选择排序
选择排序是一种简单直观的排序算法,它的基本思想是:每次选择当前未排序部分中的最小值,放到已排序部分的末尾。
以下是选择排序的 Java 代码实现:
public static void selectionSort(int[] arr) {
int n = arr.length;
for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
int minIndex = i;
for (int j = i + 1; j < n; j++) {
if (arr[j] < arr[minIndex]) {
minIndex = j;
}
}
// 将最小值与当前未排序部分的第一个元素交换
int temp = arr[minIndex];
arr[minIndex] = arr[i];
arr[i] = temp;
}
}
时间复杂度:O(n^2)
插入排序
插入排序是一种简单直观的排序算法,它的基本思想是:将指针左边部分视为已排序部分,右边部分视为未排序部分,每次取未排序部分的第一个元素,找到它在已排序部分中应该插入的位置,将其插入。
以下是插入排序的 Java 代码实现:
public static void insertionSort(int[] arr) {
int n = arr.length;
for (int i = 1; i < n; i++) {
int cur = arr[i];
int j = i - 1;
while (j >= 0 && arr[j] > cur) {
arr[j + 1] = arr[j];
j--;
}
arr[j + 1] = cur;
}
}
时间复杂度:O(n^2)
希尔排序
希尔排序是一种改进的插入排序算法,它的基本思想是:通过将整个数组按照一定间隔分成若干组,每组再进行插入排序,直到间隔为 1。
以下是希尔排序的 Java 代码实现:
public static void shellSort(int[] arr) {
int n = arr.length;
int gap = n / 2;
while (gap > 0) {
for (int i = gap; i < n; i++) {
int cur = arr[i];
int j = i - gap;
while (j >= 0 && arr[j] > cur) {
arr[j + gap] = arr[j];
j -= gap;
}
arr[j + gap] = cur;
}
gap /= 2;
}
}
时间复杂度:O(nlogn) 到 O(n^2)
归并排序
归并排序是一种分治算法,它的基本思想是:将数组递归地分成两半,对每一半进行排序,然后将两个有序的半部分合并成一个有序的数组。
以下是归并排序的 Java 代码实现:
public static void mergeSort(int[] arr, int l, int r) {
if (l >= r) {
return;
}
int mid = l + (r - l) / 2;
mergeSort(arr, l, mid);
mergeSort(arr, mid + 1, r);
merge(arr, l, mid, r);
}
private static void merge(int[] arr, int l, int mid, int r) {
int[] temp = new int[r - l + 1];
int i = l, j = mid + 1, k = 0;
while (i <= mid && j <= r) {
if (arr[i] < arr[j]) {
temp[k++] = arr[i++];
} else {
temp[k++] = arr[j++];
}
}
while (i <= mid) {
temp[k++] = arr[i++];
}
while (j <= r) {
temp[k++] = arr[j++];
}
System.arraycopy(temp, 0, arr, l, r - l + 1);
}
时间复杂度:O(nlogn)
快速排序
快速排序也是一种分治算法,它的基本思想是:选择一个基准元素,将数组分成两部分,左边部分都小于等于基准元素,右边部分都大于等于基准元素,然后递归地对左右两部分进行排序。
以下是快速排序的 Java 代码实现:
public static void quickSort(int[] arr, int l, int r) {
if (l >= r) {
return;
}
int p = partition(arr, l, r);
quickSort(arr, l, p - 1);
quickSort(arr, p + 1, r);
}
private static int partition(int[] arr, int l, int r) {
int pivot = arr[r];
int i = l;
for (int j = l; j < r; j++) {
if (arr[j] < pivot) {
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[j];
arr[j] = temp;
i++;
}
}
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[r];
arr[r] = temp;
return i;
}
时间复杂度:O(nlogn)
堆排序
堆排序是一种基于完全二叉树的排序算法,它的基本思想是:将数组构建成一个最大堆(或最小堆),每次将堆顶元素和堆底元素交换位置,然后将除了已经排好序的元素外的部分重新构建成最大堆(或最小堆),重复以上步骤。
以下是堆排序的 Java 代码实现:
public static void heapSort(int[] arr) {
int n = arr.length;
// 构建最大堆
for (int i = n / 2 - 1; i >= 0; i--) {
heapify(arr, n, i);
}
// 依次将堆顶元素与堆底元素交换,再对除了已经排好序的元素外的部分重新构建最大堆
for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {
int temp = arr[0];
arr[0] = arr[i];
arr[i] = temp;
heapify(arr, i, 0);
}
}
private static void heapify(int[] arr, int n, int i) {
int largest = i; // 将当前节点标记为最大值
int l = 2 * i + 1; // 左子节点索引
int r = 2 * i + 2; // 右子节点索引
if (l < n && arr[l] > arr[largest]) {
largest = l;
}
if (r < n && arr[r] > arr[largest]) {
largest = r;
}
if (largest != i) {
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[largest];
arr[largest] = temp;
heapify(arr, n, largest);
}
}
时间复杂度:O(nlogn)