常用排序算法总结

概述

在计算器科学与数学中，一个排序算法（英语：Sorting algorithm）是一种能将一串数据依照特定排序方式进行排列的一种算法。本文将总结几类常用的排序算法，包括冒泡排序、选择排序、插入排序、快速排序和归并排序，分别使用Java代码实现，简要使用图例方式介绍其实现原理。

算法原理及实现

1、冒泡排序

• 原理图

• 理解

通过重复地遍历要排序的列表，比较每对相邻的项目，并在顺序错误的情况下交换它们。

• Java Code

public class BubbleSort {

    // logic to sort the elements
    public static void bubble_srt(int array[]) {
        int n = array.length;
        int k;
        for (int m = n; m >= 0; m--) {
            for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
                k = i + 1;
                if (array[i] > array[k]) {
                    swapNumbers(i, k, array);
                }
            }
            printNumbers(array);
        }
    }

    private static void swapNumbers(int i, int j, int[] array) {

        int temp;
        temp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = temp;
    }

    private static void printNumbers(int[] input) {

        for (int i = 0; i < input.length; i++) {
            System.out.print(input[i] + ", ");
        }
        System.out.println("\n");
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] input = { 4, 2, 9, 6, 23, 12, 34, 0, 1 };
        bubble_srt(input);
    }
}

2、选择排序

• 原理图

• 理解

内部循环查找下一个最小（或最大）值，外部循环将该值放入其适当的位置。

• Java Code

public class SelectionSort {

    public static int[] doSelectionSort(int[] arr){

        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++)
        {
            int index = i;
            for (int j = i + 1; j < arr.length; j++)
                if (arr[j] < arr[index]) 
                    index = j;

            int smallerNumber = arr[index];  
            arr[index] = arr[i];
            arr[i] = smallerNumber;
        }
        return arr;
    }

    public static void main(String a[]){

        int[] arr1 = {10,34,2,56,7,67,88,42};
        int[] arr2 = doSelectionSort(arr1);
        for(int i:arr2){
            System.out.print(i);
            System.out.print(", ");
        }
    }
}

冒泡排序和选择排序的区别

1、冒泡排序是比较相邻位置的两个数，而选择排序是按顺序比较，找最大值或者最小值；

2、冒泡排序每一轮比较后，位置不对都需要换位置，选择排序每一轮比较都只需要换一次位置；

3、冒泡排序是通过数去找位置，选择排序是给定位置去找数。

3、插入排序

• 原理图

• 理解

每一步将一个待排序的记录，插入到前面已经排好序的有序序列中去，直到插完所有元素为止。

• Java Code

public class InsertionSort {

    public static void main(String a[]){
        int[] arr1 = {10,34,2,56,7,67,88,42};
        int[] arr2 = doInsertionSort(arr1);
        for(int i:arr2){
            System.out.print(i);
            System.out.print(", ");
        }
    }

    public static int[] doInsertionSort(int[] input){

        int temp;
        for (int i = 1; i < input.length; i++) {
            for(int j = i ; j > 0 ; j--){
                if(input[j] < input[j-1]){
                    temp = input[j];
                    input[j] = input[j-1];
                    input[j-1] = temp;
                }
            }
        }
        return input;
    }
}

4、快速排序

• 原理图

• 理解

将原问题分解为若干个规模更小，但结构与原问题相似的子问题，递归地解这些子问题，然后将这些子问题的解组合为原问题的解。

• Java Code

public class QuickSort {

    private int array[];
    private int length;

    public void sort(int[] inputArr) {

        if (inputArr == null || inputArr.length == 0) {
            return;
        }
        this.array = inputArr;
        length = inputArr.length;
        quickSort(0, length - 1);
    }

    private void quickSort(int lowerIndex, int higherIndex) {

        int i = lowerIndex;
        int j = higherIndex;
        // calculate pivot number, I am taking pivot as middle index number
        int pivot = array[lowerIndex+(higherIndex-lowerIndex)/2];
        // Divide into two arrays
        while (i <= j) {
            /**
             * In each iteration, we will identify a number from left side which 
             * is greater then the pivot value, and also we will identify a number 
             * from right side which is less then the pivot value. Once the search 
             * is done, then we exchange both numbers.
             */
            while (array[i] < pivot) {
                i++;
            }
            while (array[j] > pivot) {
                j--;
            }
            if (i <= j) {
                exchangeNumbers(i, j);
                //move index to next position on both sides
                i++;
                j--;
            }
        }
        // call quickSort() method recursively
        if (lowerIndex < j)
            quickSort(lowerIndex, j);
        if (i < higherIndex)
            quickSort(i, higherIndex);
    }

    private void exchangeNumbers(int i, int j) {
        int temp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = temp;
    }

    public static void main(String a[]){

        MyQuickSort sorter = new MyQuickSort();
        int[] input = {24,2,45,20,56,75,2,56,99,53,12};
        sorter.sort(input);
        for(int i:input){
            System.out.print(i);
            System.out.print(" ");
        }
    }
}

5、归并排序

• 原理图

• 理解

将待排序的数列分成若干个长度为1的子数列，然后将这些数列两两合并；得到若干个长度为2的有序数列，再将这些数列两两合并；得到若干个长度为4的有序数列，再将它们两两合并；直接合并成一个数列为止。

• Java Code

public class MergeSort {

    private int[] array;
    private int[] tempMergArr;
    private int length;

    public static void main(String a[]){

        int[] inputArr = {45,23,11,89,77,98,4,28,65,43};
        MyMergeSort mms = new MyMergeSort();
        mms.sort(inputArr);
        for(int i:inputArr){
            System.out.print(i);
            System.out.print(" ");
        }
    }

    public void sort(int inputArr[]) {
        this.array = inputArr;
        this.length = inputArr.length;
        this.tempMergArr = new int[length];
        doMergeSort(0, length - 1);
    }

    private void doMergeSort(int lowerIndex, int higherIndex) {

        if (lowerIndex < higherIndex) {
            int middle = lowerIndex + (higherIndex - lowerIndex) / 2;
            // Below step sorts the left side of the array
            doMergeSort(lowerIndex, middle);
            // Below step sorts the right side of the array
            doMergeSort(middle + 1, higherIndex);
            // Now merge both sides
            mergeParts(lowerIndex, middle, higherIndex);
        }
    }

    private void mergeParts(int lowerIndex, int middle, int higherIndex) {

        for (int i = lowerIndex; i <= higherIndex; i++) {
            tempMergArr[i] = array[i];
        }
        int i = lowerIndex;
        int j = middle + 1;
        int k = lowerIndex;
        while (i <= middle && j <= higherIndex) {
            if (tempMergArr[i] <= tempMergArr[j]) {
                array[k] = tempMergArr[i];
                i++;
            } else {
                array[k] = tempMergArr[j];
                j++;
            }
            k++;
        }
        while (i <= middle) {
            array[k] = tempMergArr[i];
            k++;
            i++;
        }
    }
}

常见排序算法复杂度

参考链接

常用排序算法的时间复杂度和空间复杂度表格
Java Sorting Algorithms
冒泡排序和选择排序的区别
Time Complexities of all Sorting Algorithms

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本文作者：taro_秋刀鱼

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