Java开发之八大排序算法
2015-04-27 11:56
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八大排序之间的关系:
1.直接插入排序
1)原理:将数组分为无序区和有序区两个区,然后不断将无序区的第一个元素按大小顺序插入到有序区中去,最终将所有无序区元素都移动到有序区完成排序。2)要点:设立哨兵,作为临时存储和判断数组边界之用。
3)实例:
package sort; public class InsertSort { public static void insertSort() { int a[] = {38,65,97,76,13,27,49,78,34,12,64,5,4,62,99,98,54,56,17,18,23,15,35,25,53,51}; int temp = 0; for(int i=1;i<a.length;i++) { int j = i - 1; temp = a[i]; for(;j>=0&&temp<a[j];j--) { a[j+1]=a[j];//将大于temp的值整体后移一个单位 } a[j+1]=temp; } printArr(a); } }
2.希尔排序(增量缩小排序)
1)原理:又称增量缩小排序。算法先将要排序的一组数按某个增量d(n/2,n为要排序数的个数)分成若干组,每组中记录的下标相差d.对每组中全部元素进行直接插入排序,然后再用一个较小的增量(d/2)对它进行分组,在每组中再进行直接插入排序。当增量减到1时,进行直接插入排序后,排序完成。2)要点:增量的选择以及排序最终以1为增量进行排序结束。
3)实例:
public static void shellSort(){ int a[] = {34,1,54,6,3,78,12,45,56,100}; double d1 = a.length; int temp = 0; while(true){ d1 = Math.ceil(d1/2);//向上取整计算 int d = (int)d1; for(int x=0;x<d;x++) { for(int i=x+d;i<a.length;i+=d){ int j=i-d; temp = a[i]; for(;j>=0&&temp<a[j];j-=d) { a[j+d] = a[j]; } a[j+d] = temp; } } if(d == 1){ break; } } printArr(a); }
3.简单选择排序
1)原理:在要排序的一组数中,选出最小的一个数与第一个位置的数交换;然后在剩下的数当中再找最小的与第二个位置的数交换,如此循环到倒数第二个数和最后一个数比较为止。2)实例:
public static void selectSort(){ int a[] = {190,1,54,6,3,78,34,12,45}; int position = 0; for(int i=0;i<a.length;i++){ int j=i+1; position = i; int temp = a[i]; for(;j<a.length;j++){ if(a[j] < temp) { temp = a[j]; position = j; } } a[position] = a[i]; a[i] = temp; } printArr(a); }
4.堆排序
1)原理:利用大根堆或小根堆思想,首先建立堆,然后将堆首与堆尾交换,堆尾之后为有序区。2)定义:具有n个元素的序列(h1,h2,…,hn),当且仅当满足(hi>=h2i,hi>=2i+1)或(hi<=h2i,hi<=2i+1) (i=1,2,…,n/2)时称之为堆。在这里只讨论满足前者条件的堆。由堆的定义可以看出,堆顶元素(即第一个元素)必为最大项(大顶堆)。完全二叉树可以很直观地表示堆的结构。堆顶为根,其它为左子树、右子树。初始时把要排序的数的序列看作是一棵顺序存储的二叉树,调整它们的存储序,使之成为一个堆,这时堆的根节点的数最大。然后将根节点与堆的最后一个节点交换。然后对前面(n-1)个数重新调整使之成为堆。依此类推,直到只有两个节点的堆,并对它们作交换,最后得到有n个节点的有序序列。从算法描述来看,堆排序需要两个过程,一是建立堆,二是堆顶与堆的最后一个元素交换位置。所以堆排序有两个函数组成。一是建堆的渗透函数,二是反复调用渗透函数实现排序的函数。
3)要点:建堆、交换、调整堆
4)实例
初始序列:46,79,56,38,40,84
建堆:
交换,从堆中踢出最大数:
依次类推:最后堆中剩余的最后两个结点交换,踢出一个,排序完成。
public static void HeapSort(){ int a[]={49,38,65,97,76,13,27,49,78,34,12,64,5,0,4,62,99,98,-12,54,56,17,18,23,34,15,35,25,53,51}; int arrayLength = a.length; //循环建堆 for(int i=0;i<arrayLength-1;i++) { //建堆 buildMaxHeap(a,arrayLength-1-i); //交换堆顶和最后一个元素 swap(a,0,arrayLength-1-i); } printArr(a); } private static void swap(int[] a, int i, int j) { int tmp = a[i]; a[i] = a[j]; a[j] = tmp; } //对a数组从0到lastIndex建大顶堆 private static void buildMaxHeap(int[] a, int lastIndex) { //从lastIndex处节点(最后一个节点)的父节点开始 for(int i=(lastIndex-1)/2;i>=0;i--){ //k保存正在判断的节点 int k = i; //如果当前k节点的子节点存在 while(k*2+1 <= lastIndex){ //k节点的左子节点的索引 int biggerIndex = 2*k+1; //如果biggerIndex小于lastIndex,即biggerIndex+1代表的k节点的右子节点存在 if(biggerIndex<lastIndex){ //如果右子节点的值较大 if(a[biggerIndex] < a[biggerIndex+1]) { //biggerIndex总是记录较大子节点的索引 biggerIndex++; } } //如果k节点的值小于其较大的子节点的值 if(a[k] < a[biggerIndex]) { //交换它们 swap(a,k,biggerIndex); //将biggerIndex赋予k,开始while循环的下一次循环,重新保证k节点的值大于其左右子节点的 k = biggerIndex; }else { break; } } } }
5.冒泡排序
1)原理:在要排序的一组数中,对当前还未排好序的范围内的全部数,自上而下对相邻的两个数依次进行比较和调整,让较大的数往下沉,较小的往上冒。即:每当两相邻的数比较后发现它们的排序与排序要求相反时,就将它们互换。2)实例:
public static void bubbleSort(){ int a[]={49,38,65,97,76,13,27,49,78,34,-12,64,5,4,62,99,98,54,56,0,17,18,23,34,15,35,25,53,51}; int temp = 0; for(int i=0;i<a.length-1;i++) { for(int j=0;j<a.length-1-i;j++){ if(a[j] > a[j+1]) { temp = a[j]; a[j] = a[j+1]; a[j+1] = temp; } } } printArr(a); }
6.快速排序
1)基本思想:选择一个基准元素,通常选择第一个元素或者最后一个元素,通过一趟扫描,将待排序列分成两部分,一部分比基准元素小,一部分大于等于基准元素,此时基准元素在其排好序后的正确位置,然后再用同样的方法递归地排序划分的两部分。2)要点:递归、分治
3)实例:
public static void quickSort(){ int a[]={49,38,65,97,76,13,27,49,78,34,-12,64,5,4,62,99,98,54,56,1,0,7,18,23,34,15,35,25,53,51}; if(a.length > 0) { _quickSort(a,0,a.length-1); } printArr(a); } private static void _quickSort(int[] a, int low, int high) { if(low < high) { int middle = getMiddle(a,low,high);//将a数组进行一份为二 _quickSort(a,low,middle - 1);//对低字表进行递归排序 _quickSort(a,middle +1,high);//对高字表进行递归排序 } } private static int getMiddle(int[] a, int low, int high) { int tmp = a[low]; while(low < high) { while(low < high && a[high] >= tmp) { high--; } a[low] = a[high];//比中轴小的记录移到低端 while(low < high && a[low] <= tmp) { low++; } a[high] = a[low];////比中轴大的记录移到高端 } a[low] = tmp;//中轴记录到尾 return low;//返回中轴的位置 }
7. 归并排序
1)原理:归并(Merge)排序法是将两个(或两个以上)有序表合并成一个新的有序表,即把待排序序列分为若干个子序列,每个子序列是有序的。然后再把有序子序列合并为整体有序序列。2)要点:归并、分治
3)实现:
public static void mergingSort(){ int a[]={49,38,65,97,76,13,27,49,78,0,11,34,12,64,5,4,-62,99,98,54,56,17,18,23,34,15,35,25,53,51}; sort(a,0,a.length-1); printArr(a); } private static void sort(int[] a, int left, int right) { if(left < right) { //找出中间索引 int center = (left + right) / 2; //对左边数组进行递归 sort(a,left,center); //对右边数组进行递归 sort(a,center+1,right); //合并 merge(a,left,center,right); } } private static void merge(int[] a, int left, int center, int right) { int[] tmpArr = new int[a.length]; int mid = center + 1; //third记录中间数组的索引 int third = left; int tmp = left; while(left <= center && mid <= right) { //从两个数组中取出最小的放入中间数组 if(a[left] <= a[mid]) { tmpArr[third++] = a[left++]; }else { tmpArr[third++] = a[mid++]; } } //剩余部分依次放入中间数组 while(mid <= right) { tmpArr[third++] = a[mid++]; } while(left <= center) { tmpArr[third++] = a[left++]; } //将中间数组中的内容复制回原数组 while(tmp <= right){ a[tmp] = tmpArr[tmp++]; } }
8.基数排序
1)原理:将所有待比较数值(正整数)统一为同样的数位长度,数位较短的数前面补零。然后,从最低位开始,依次进行一次排序。这样从最低位排序一直到最高位排序完成以后,数列就变成一个有序序列。2)要点:对关键字的选取,元素分配收集。
3)实现:
public static void radixSort(){ int a[]={49,38,65,97,76,13,2,7,49,78,3,4,12,64,0,11,5,4,62,99,98,54,101,56,17,18,23,34,15,35,25,53,51}; sort(a); printArr(a); } private static void sort(int[] a) { //首先确定排序的趟数 int max = a[0]; for(int i=1;i<a.length;i++) { if(a[i] > max) { max = a[i]; } } int time = 0; //判断位数 while(max > 0) { max /= 10; time++; } //建立10个列队 List<ArrayList> queue = new ArrayList<ArrayList>(); for(int i=0;i<10;i++) { ArrayList<Integer> queue1 = new ArrayList<Integer>(); queue.add(queue1); } //进行time次分配和收集 for(int i=0;i<time;i++) { //分配数组元素 for(int j = 0;j<a.length;j++) { //得到数字的第time+1位数 int x = Math.abs(a[j] % (int)Math.pow(10, i+1)/(int)Math.pow(10, i)); //正整数 ArrayList<Integer> queue2 = queue.get(x); queue2.add(a[j]); queue.set(x,queue2); } int count = 0;//元素计数器 //收集队列元素 for(int k = 0;k<10;k++) { while(queue.get(k).size() >0) { ArrayList<Integer> queue3 = queue.get(k); a[count] = queue3.get(0); queue3.remove(0); count++; } } } }
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