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Java实现排序算法(一): 插入排序,冒泡排序,选择排序,Shell排序,快速排序

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发表于 2017-5-16 11:49:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
为了便于管理,先引入个基础类:
package algorithms;
/**
* @author yovn
*
*/
public abstract class Sorter<E extends Comparable<E>> {
public abstract void sort(E[] array,int from ,int len);
public final void sort(E[] array)
{
sort(array,0,array.length);
}
protected final void swap(E[] array,int from ,int to)
{
E tmp=array[from];
array[from]=array[to];
array[to]=tmp;
}
}
一 插入排序
该算法在数据规模小的时候十分高效,该算法每次插入第K+1到前K个有序数组中一个合适位置,K从0开始到N-1,从而完成排序:
package algorithms;
/**
* @author yovn
*/
public class InsertSorter<E extends Comparable<E>> extends Sorter<E> {
/* (non-Javadoc)
* @see algorithms.Sorter#sort(E[], int, int)
*/
public void sort(E[] array, int from, int len) {
E tmp=null;
for(int i=from+1;i<from+len;i++)
{
tmp=array;
int j=i;
for(;j>from;j--)
{
if(tmp.compareTo(array[j-1])<0)
{
array[j]=array[j-1];
}
else break;
}
array[j]=tmp;
}
}
}

二 冒泡排序
这可能是最简单的排序算法了,算法思想是每次从数组末端开始比较相邻两元素,把第i小的冒泡到数组的第i个位置。i从0一直到N-1从而完成排序。(当然也可以从数组开始端开始比较相邻两元素,把第i大的冒泡到数组的第N-i个位置。i从0一直到N-1从而完成排序。)
package algorithms;
/**
* @author yovn
*
*/
public class BubbleSorter<E extends Comparable<E>> extends Sorter<E> {
private static  boolean DWON=true;
public final void bubble_down(E[] array, int from, int len)
{
for(int i=from;i<from+len;i++)
{
for(int j=from+len-1;j>i;j--)
{
if(array[j].compareTo(array[j-1])<0)
{
swap(array,j-1,j);
}
}
}
}
public final void bubble_up(E[] array, int from, int len)
{
for(int i=from+len-1;i>=from;i--)
{
for(int j=from;j<i;j++)
{
if(array[j].compareTo(array[j+1])>0)
{
swap(array,j,j+1);
}
}
}
}
@Override
public void sort(E[] array, int from, int len) {
if(DWON)
{
bubble_down(array,from,len);
}
else
{
bubble_up(array,from,len);
}
}
}

三,选择排序
选择排序相对于冒泡来说,它不是每次发现逆序都交换,而是在找到全局第i小的时候记下该元素位置,最后跟第i个元素交换,从而保证数组最终的有序。
相对与插入排序来说,选择排序每次选出的都是全局第i小的,不会调整前i个元素了。
package algorithms;
/**
* @author yovn
*
*/
public class SelectSorter<E extends Comparable<E>> extends Sorter<E> {
/* (non-Javadoc)
* @see algorithms.Sorter#sort(E[], int, int)
*/
@Override
public void sort(E[] array, int from, int len) {
for(int i=0;i<len;i++)
{
int smallest=i;
int j=i+from;
for(;j<from+len;j++)
{
if(array[j].compareTo(array[smallest])<0)
{
smallest=j;
}
}
swap(array,i,smallest);                  
}
}
}
四 Shell排序
Shell排序可以理解为插入排序的变种,它充分利用了插入排序的两个特点:
1)当数据规模小的时候非常高效
2)当给定数据已经有序时的时间代价为O(N)
所以,Shell排序每次把数据分成若个小块,来使用插入排序,而且之后在这若个小块排好序的情况下把它们合成大一点的小块,继续使用插入排序,不停的合并小块,知道最后成一个块,并使用插入排序。
这里每次分成若干小块是通过“增量” 来控制的,开始时增量交大,接近N/2,从而使得分割出来接近N/2个小块,逐渐的减小“增量“最终到减小到1。
一直较好的增量序列是2^k-1,2^(k-1)-1,.....7,3,1,这样可使Shell排序时间复杂度达到O(N^1.5)
所以我在实现Shell排序的时候采用该增量序列
package algorithms;
/**
* @author yovn
*/
public class ShellSorter<E extends Comparable<E>> extends Sorter<E>  {
/* (non-Javadoc)
* Our delta value choose 2^k-1,2^(k-1)-1,.7,3,1.
* complexity is O(n^1.5)
* @see algorithms.Sorter#sort(E[], int, int)
*/
@Override
public void sort(E[] array, int from, int len) {
//1.calculate  the first delta value;
int value=1;
while((value+1)*2<len)
{
value=(value+1)*2-1;
}
for(int delta=value;delta>=1;delta=(delta+1)/2-1)
{
for(int i=0;i<delta;i++)
{
modify_insert_sort(array,from+i,len-i,delta);
}
}
}
private final  void modify_insert_sort(E[] array, int from, int len,int delta) {
if(len<=1)return;
E tmp=null;
for(int i=from+delta;i<from+len;i+=delta)
{
tmp=array;
int j=i;
for(;j>from;j-=delta)
{
if(tmp.compareTo(array[j-delta])<0)
{
array[j]=array[j-delta];
}
else break;
}
array[j]=tmp;
}
}
}

五 快速排序
快速排序是目前使用可能最广泛的排序算法了。
一般分如下步骤:
1)选择一个枢纽元素(有很对选法,我的实现里采用去中间元素的简单方法)
2)使用该枢纽元素分割数组,使得比该元素小的元素在它的左边,比它大的在右边。并把枢纽元素放在合适的位置。
3)根据枢纽元素最后确定的位置,把数组分成三部分,左边的,右边的,枢纽元素自己,对左边的,右边的分别递归调用快速排序算法即可。
快速排序的核心在于分割算法,也可以说是最有技巧的部分。
package algorithms;
/**
* @author yovn
*
*/
public class QuickSorter<E extends Comparable<E>> extends Sorter<E> {
/* (non-Javadoc)
* @see algorithms.Sorter#sort(E[], int, int)
*/
@Override
public void sort(E[] array, int from, int len) {
q_sort(array,from,from+len-1);
}
private final void q_sort(E[] array, int from, int to) {
if(to-from<1)return;
int pivot=selectPivot(array,from,to);
pivot=partion(array,from,to,pivot);
q_sort(array,from,pivot-1);
q_sort(array,pivot+1,to);      
}
private int partion(E[] array, int from, int to, int pivot) {
E tmp=array[pivot];
array[pivot]=array[to];//now to's position is available
while(from!=to)
{
while(from<to&&array[from].compareTo(tmp)<=0)from++;
if(from<to)
{
array[to]=array[from];//now from's position is available
to--;
}
while(from<to&&array[to].compareTo(tmp)>=0)to--;
if(from<to)
{
array[from]=array[to];//now to's position is available now
from++;
}
}
array[from]=tmp;
return from;
}
private int selectPivot(E[] array, int from, int to) {
return (from+to)/2;
}
}

还有归并排序,堆排序,桶式排序,基数排序,见Java实现排序算法(二): 归并排序,堆排序,桶式排序,基数排序。

原文网址:http://www.blogjava.net/javacap/archive/2007/12/14/167618.html

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