浅谈Java常见的排序算法

一、直接插入排序

基本思想：
将一个记录插入到已排序的有序表中，使插入后的表仍然有序

对初始关键字{49 38 65 97 76 13 27 49}进行直接插入排序

package Sort;
//插入排序
public class InsertSort {
   public static void main(String[] args) {
       int [] arr={49,38,65,97,76,13,27,49};
       sort(arr);
      print(arr);
   }

private static void sort(int [] arr) {

for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
          for(int j=i;j>0;j--){
              if(arr[j]<arr[j-1]){
                 swap(arr,j,j-1);
              }
          }
       }
   }
   private static void swap(int [] arr,int i,int j){
       int temp=0;
       temp=arr[i];
       arr[i]=arr[j];
       arr[j]=temp;
   }
   private static void print(int [] arr) {
       for (int i = 0; i <arr.length ; i++) {
           System.out.print(arr[i]+" ");
       }
   }
}

13 27 38 49 49 65 76 97
Process finished with exit code 0

二、希尔排序

希尔排序又称“缩小增量排序”（Diminishing Increment Sort)）属于插入排序类。
基本思想：
先将整个待排序的记录分割成若干子序列分别进行“直接插入排序”，待整个序列中的记录”基本有序“时，再对全体记录进行一次直接插入排序。

package Sort;
//希尔排序是插入排序的改良
public class ShellSort {
   public static void main(String[] args) {
       int [] arr={16,25,12,30,47,11,23,36,9,18,31};
       sort(arr);
       print(arr);
   }
   private static void sort(int [] arr) {
       //gap设置优化
       int h=1;
       while(h<arr.length/3){
           h=h*3+1;
       }
      for(int gap=h;gap>0;gap=(gap-1)/3) {//gap:希尔排序的间距
          for (int i = gap; i < arr.length; i++) {
              for (int j = i; j >gap-1; j-=gap) {
                  if (arr[j] < arr[j - gap]) {
                      swap(arr, j, j - gap);
                  }
              }
          }
      }
   }
   private static void swap(int [] arr,int i,int j){
       int temp=0;
       temp=arr[i];
       arr[i]=arr[j];
       arr[j]=temp;
   }
   private static void print(int [] arr) {
       for (int i = 0; i <arr.length ; i++) {
           System.out.print(arr[i]+" ");
       }
   }
}

9 11 12 16 18 23 25 30 31 36 47
Process finished with exit code 0

三、冒泡排序

冒泡排序

四、快速排序

对冒泡排序的一种改进
基本思想：
通过一趟排序将待排序记录分割成独立的两部分，其中一部分的关键字均比另一部分的关键字小，则可分别对这两部分记录继续分别进行排序，以达到整个序列有序。

package Sort;

import java.util.Arrays;

//快速排序
public class QuickSort {
   public static void main(String[] args) {
       int[] arr={49,38,65,97,76,13,27,49};
       sort(arr,0,arr.length-1);
       System.out.println(Arrays.toString(arr));
   }

private static void sort(int [] arr,int start,int end) {
      if(start<end){
          //把数组的第0个数作为标准数
          int stared=arr[start];
          //记录要排序的下标
          int low=start;
          int height=end;
          //循环找出比标准数大和比标准数小的数
          while(low<height){
              //右边数字比标准数大
              while(low<height&&stared<=arr[height]){
                  height--;
              }
              //用右边的数字替换左边的数字
              arr[low]=arr[height];
              //左边数字比标准数小
              while(low<height&&stared>=arr[low]){
                  low++;
              }
              //用左边的数字替换右边的数字
              arr[height]=arr[low];
          }
          arr[low]=stared;
          sort(arr,start,low);
          sort(arr,low+1,height);
      }

}
   }

[13, 27, 38, 49, 76, 97, 65, 49]
Process finished with exit code 0

五、选择排序(Selection Sort)

选择排序

六、堆排序

 堆排序是利用堆这种数据结构而设计的一种排序算法，堆排序是一种选择排序，它的最坏，最好，平均时间复杂度均为O(nlogn)，它也是不稳定排序。

堆是具有以下性质的完全二叉树：每个结点的值都大于或等于其左右孩子结点的值，称为大顶堆, 注意 : 没有要求结点的左孩子的值和右孩子的值的大小关系。
每个结点的值都小于或等于其左右孩子结点的值，称为小顶堆

大顶堆举例说明：

我们对堆中的结点按层进行编号，映射到数组中就是下面这个样子:

大顶堆特点：arr[i] >= arr[2i+1] && arr[i] >= arr[2i+2] // i 对应第几个节点，i从0开始编号

小顶堆举例说明

小顶堆：arr[i] <= arr[2i+1] && arr[i] <= arr[2i+2] // i 对应第几个节点，i从0开始编号

一般升序采用大顶堆，降序采用小顶堆
堆排序基本思想

堆排序的基本思想是：

将待排序序列构造成一个大顶堆
此时，整个序列的最大值就是堆顶的根节点。
将其与末尾元素进行交换，此时末尾就为最大值。
然后将剩余n-1个元素重新构造成一个堆，这样会得到n个元素的次小值。如此反复执行，便能得到一个有序序列了。

代码示例

package Sort;
import java.util.Arrays;
/**构造大顶堆
* 1、原顺序二叉树     非叶子节点在数组中的索引i=1时；arr[i]=6    i=0时                          
*     4                   i的右节点值比它大，交换得 ：              9  
*    /\                         4                                  /\
*   6  8                       /\                                 6  8
*  /\                         9  8                               /\
* 5 9                        /\                                 5 4
*                           5 6
*/

public class HeapSort {
   public static void main(String[] args) {
       int [] arr={4,6,8,5,9};
       heapSort(arr);
   }
   //编写一个堆排序的方法
   public static void heapSort(int[] arr){
       int temp=0;
       for(int i=arr.length/2-1;i>=0;i--){
           adjustHeap(arr,i,arr.length);
       }
       //将堆顶元素与末尾元素进行交换，此时末尾就为最大值，将最大值全放在数组最后
       //重新调整结构，使其满足堆定义，继续交换堆顶元素与当前末尾元素，反复执行调整交换步骤，使整个序列达到有序
       for(int j=arr.length-1;j>0;j--) {
           //交换
           temp = arr[j];
           arr[j] = arr[0];
           arr[0] = temp;
           adjustHeap(arr, 0, j);
       }
       System.out.println("数组"+Arrays.toString(arr));

}
   //将数组调整为一个大顶堆
   /**
    * 功能：完成将以i对应的非叶子节点的树调整成大顶堆
    * 举例：int[]arr={4,6,8,5,9};=>i=1=>adjustHeap=>得到{4，9，8，5，6}
    * 如果再次调整adjustHeap传入i=0,{4，9，8，5，6}=>得到{9，6，8，5，4}
    * @param arr  表示要调整的数组
    * @param i   表示非叶子节点在数组中的索引
    * @param length  表示对多少个元素进行调整，length在逐渐减少
    */
   public static void adjustHeap(int[]arr,int i,int length){
        int temp=arr[i];//先取出当前元素的值，保存在临时变量中
       //开始调整
       //k=i*2+1;k是i节点的左子节点
       for(int k=i*2+1;k<length;k=k*2+1){
             if(k+1<length&&arr[k]<arr[k+1]){//说明左子节点的值小于右子节点的值
                k++;//k指向右子节点
             }
             if(arr[k]>temp){//如果子节点大于父节点
                 arr[i]=arr[k];//把较大的值赋给当前节点
                 i=k;//!!!i指向k，继续循环比较
             }else{
                 break;
             }
       }
       //当for循环结束后，已经将以i为父结点的最大值放在了堆顶上（局部）
         arr[i]=temp;//将temp的值放在调整后的位置
   }
}

堆排序结果：
数组[4, 5, 6, 8, 9]

七、归并排序

定义：

又一类不同的排序方法，将两个或两个以上的有序表合并成一个新的有序表。
需要辅助空间：O(n)
整个归并需要 [log2n] 趟
时间复杂度：O(nlog2n)

缺点：归并排序占用附加存储较多, 需要另外一个与原待排序对象数组同样大小的辅助数组。

优点：归并排序是一个稳定的排序方法

思路可以推广到“多路归并”
常用于外部排序

package Sort;
//归并排序
public class MergeSort {
   public static void main(String[] args) {
       int [] arr={4,5,7,8,1,2,3,6};
       sort(arr);
       print(arr);
   }

private static void sort(int [] arr) {
       int mid=arr.length/2;
       int[]temp=new int[arr.length];
       int i=0;//标记左边数组
       int j=mid+1;//标记右边数组起始点
       int k=0;
       while(i<=mid&&j<arr.length){
           if(arr[i]<=arr[j]){
              temp[k]=arr[i];
              i++;
              k++;
           }else{
               temp[k]=arr[j];
               j++;
               k++;
           }
       }
       while(i<=mid){temp[k++]=arr[i++];}//将左边剩余的，复制到数组
       while(j<arr.length){temp[k++]=arr[j++];}//将右边剩余的，复制到数组
   }

private static void print(int [] arr) {
       for (int i = 0; i <arr.length ; i++) {
           System.out.print(arr[i]+" ");
       }
   }
}

1 2 3 4 5 6 7 8
Process finished with exit code 0

来源：https://blog.csdn.net/weixin_55782195/article/details/117897740