Java實現幾種常見排序方法
日常操作中常見的排序方法有：冒泡排序、快速排序、選擇排序、插入排序、希爾排序，甚至還有基數排序、雞尾酒排序、桶排序、鴿巢排序、歸并排序等。
冒泡排序是一種簡單的排序算法。
它重復地走訪過要排序的數列，一次比較兩個元素，如果他們的順序錯誤就把他們交換過來。走訪數列的工作是重復地進行直到沒有再需要交換，也就是說該數列已經排序完成。這個算法的名字由來是因為越小的元素會經由交換慢慢“浮”到數列的頂端。
代碼
/**
* 冒泡法排序<br/>
* <li>比較相鄰的元素。如果第一個比第二個大，就交換他們兩個。</li>
* <li>對每一對相鄰元素作同樣的工作，從開始第一對到結尾的最后一對。在這一點，最后的元素應該會是最大的數。</li>
* <li>針對所有的元素重復以上的步驟，除了最后一個。</li>
* <li>持續每次對越來越少的元素重復上面的步驟，直到沒有任何一對數字需要比較。</li>
*
* @param numbers
* 需要排序的整型數組
*/
public static void bubbleSort(int[] numbers) {
int temp; // 記錄臨時中間值
int size = numbers.length; // 數組大小
for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
for (int j = i + 1; j < size; j++) {
if (numbers[i] < numbers[j]) { // 交換兩數的位置
temp = numbers[i];
numbers[i] = numbers[j];
numbers[j] = temp;
}
}
}
}
快速排序使用分治法策略來把一個序列分為兩個子序列。
/**
* 快速排序<br/>
* <ul>
* <li>從數列中挑出一個元素，稱為“基準”</li>
* <li>重新排序數列，所有元素比基準值小的擺放在基準前面，所有元素比基準值大的擺在基準的后面（相同的數可以到任一邊）。在這個分割之后，
* 該基準是它的最后位置。這個稱為分割（partition）操作。</li>
* <li>遞歸地把小于基準值元素的子數列和大于基準值元素的子數列排序。</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]; // 選定的基準值（第一個數值作為基準值）
int temp; // 記錄臨時中間值
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);
}
}
選擇排序是一種簡單直觀的排序方法，每次尋找序列中的最小值，然后放在最末尾的位置。
/**
* 選擇排序<br/>
* <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>再從剩余未排序元素中繼續尋找最小元素，然后放到排序序列末尾。</li>
* <li>以此類推，直到所有元素均排序完畢。</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;
}
}
插入排序的工作原理是通過構建有序序列，對于未排序數據，在已排序序列中從后向前掃描，找到相應位置并插入。其具體步驟參見代碼及注釋。
/**
* 插入排序<br/>
* <ul>
* <li>從第一個元素開始，該元素可以認為已經被排序</li>
* <li>取出下一個元素，在已經排序的元素序列中從后向前掃描</li>
* <li>如果該元素（已排序）大于新元素，將該元素移到下一位置</li>
* <li>重復步驟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>將新元素插入到該位置中</li>
* <li>重復步驟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;
}
}
歸并排序是建立在歸并操作上的一種有效的排序算法，歸并是指將兩個已經排序的序列合并成一個序列的操作。參考代碼如下：
/**
* 歸并排序<br/>
* <ul>
* <li>申請空間，使其大小為兩個已經排序序列之和，該空間用來存放合并后的序列</li>
* <li>設定兩個指針，最初位置分別為兩個已經排序序列的起始位置</li>
* <li>比較兩個指針所指向的元素，選擇相對小的元素放入到合并空間，并移動指針到下一位置</li>
* <li>重復步驟3直到某一指針達到序列尾</li>
* <li>將另一序列剩下的所有元素直接復制到合并序列尾</li>
* </ul>
*
* @param numbers
*/
public static void mergeSort(int[] numbers, int left, int right) {
int t = 1;// 每組元素個數
int size = right - left + 1;
while (t < size) {
int s = t;// 本次循環每組元素個數
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);
}
}
/**
* 歸并算法實現
*
* @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];
}
將之前介紹的所有排序算法整理成NumberSort類，代碼:
package test.sort;
import java.util.Random;
//Java實現的排序類
public class NumberSort {
//私有構造方法，禁止實例化
private NumberSort() {
super();
}
//冒泡法排序
public static void bubbleSort(int[] numbers) {
int temp; // 記錄臨時中間值
int size = numbers.length; // 數組大小
for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
for (int j = i + 1; j < size; j++) {
if (numbers[i] < numbers[j]) { // 交換兩數的位置
temp = numbers[i];
numbers[i] = numbers[j];
numbers[j] = temp;
}
}
}
}
//快速排序
public static void quickSort(int[] numbers, int start, int end) {
if (start < end) {
int base = numbers[start]; // 選定的基準值（第一個數值作為基準值）
int temp; // 記錄臨時中間值
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);
}
}
//選擇排序
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;
}
}
//插入排序
// @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;
}
}
//歸并排序
public static void mergeSort(int[] numbers, int left, int right) {
int t = 1;// 每組元素個數
int size = right - left + 1;
while (t < size) {
int s = t;// 本次循環每組元素個數
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);
}
}
//歸并算法實現
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];
}
}
數字排序算法通常用來作為算法入門課程的基本內容，在實際應用（尤其是普通商業軟件）中使用的頻率較低，但是通過排序算法的實現，可以深入了解計算機語言的特點，可以以此作為學習各種編程語言的基礎。
