Skip to content

Latest commit

 

History

History
 
 

sort

Folders and files

README.md

常见的排序算法

冒泡排序

定义一个布尔变量 hasChange,用来标记每轮是否进行了交换。在每轮遍历开始时,将 hasChange 设置为 false。

若当轮没有发生交换,说明此时数组已经按照升序排列,hashChange 依然是为 false。此时外层循环直接退出,排序结束。

代码示例

import java.util.Arrays;

public class BubbleSort {

    private static void bubbleSort(int[] nums) {
        boolean hasChange = true;
        for (int i = 0, n = nums.length; i < n - 1 && hasChange; ++i) {
            hasChange = false;
            for (int j = 0; j < n - i - 1; ++j) {
                if (nums[j] > nums[j + 1]) {
                    swap(nums, j, j + 1);
                    hasChange = true;
                }
            }
        }
    }

    private static void swap(int[] nums, int i, int j) {
        int t = nums[i];
        nums[i] = nums[j];
        nums[j] = t;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] nums = {1, 2, 7, 9, 5, 8};
        bubbleSort(nums);
        System.out.println(Arrays.toString(nums));
    }
}

算法分析

空间复杂度 O(1)、时间复杂度 O(n²)。

分情况讨论:

  1. 给定的数组按照顺序已经排好:只需要进行 n-1 次比较,两两交换次数为 0,时间复杂度为 O(n),这是最好的情况。
  2. 给定的数组按照逆序排列:需要进行 n*(n-1)/2 次比较,时间复杂度为 O(n²),这是最坏的情况。
  3. 给定的数组杂乱无章。在这种情况下,平均时间复杂度 O(n²)。

因此,时间复杂度是 O(n²),这是一种稳定的排序算法。

稳定是指,两个相等的数,在排序过后,相对位置保持不变。

插入排序

与冒泡排序对比:

  • 在冒泡排序中,经过每一轮的排序处理后,数组后端的数是排好序的。
  • 在插入排序中,经过每一轮的排序处理后,数组前端的数是排好序的。

插入排序的算法思想是:不断将尚未排好序的数插入到已经排好序的部分。

代码示例

import java.util.Arrays;

public class InsertionSort {

    private static void insertionSort(int[] nums) {
        for (int i = 1, j, n = nums.length; i < n; ++i) {
            int num = nums[i];
            for (j = i - 1; j >=0 && nums[j] > num; --j) {
                nums[j + 1] = nums[j];
            }
            nums[j + 1] = num;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] nums = {1, 2, 7, 9, 5, 8};
        insertionSort(nums);
        System.out.println(Arrays.toString(nums));
    }
}

算法分析

空间复杂度 O(1),时间复杂度 O(n²)。

分情况讨论:

  1. 给定的数组按照顺序排好序:只需要进行 n-1 次比较,两两交换次数为 0,时间复杂度为 O(n),这是最好的情况。
  2. 给定的数组按照逆序排列:需要进行 n*(n-1)/2 次比较,时间复杂度为 O(n²),这是最坏的情况。
  3. 给定的数组杂乱无章:在这种情况下,平均时间复杂度是 O(n²)。

因此,时间复杂度是 O(n²),这也是一种稳定的排序算法。

归并排序

归并排序的核心思想是分治,把一个复杂问题拆分成若干个子问题来求解。

归并排序的算法思想是:把数组从中间划分为两个子数组,一直递归地把子数组划分成更小的数组,直到子数组里面只有一个元素的时候开始排序。排序的方法就是按照大小顺序合并两个元素。接着依次按照递归的顺序返回,不断合并排好序的数组,直到把整个数组排好序。

代码示例

import java.util.Arrays;

public class MergeSort {

    private static void merge(int[] nums, int low, int mid, int high, int[] temp) {
        int i = low, j = mid + 1, k = low;
        while (k <= high) {
            if (i > mid) {
                temp[k++] = nums[j++];
            } else if (j > high) {
                temp[k++] = nums[i++];
            } else if (nums[i] <= nums[j]) {
                temp[k++] = nums[i++];
            } else {
                temp[k++] = nums[j++];
            }
        }

        for (i = low; i <= high; ++i) {
            nums[i] = temp[i];
        }
    }

    private static void mergeSort(int[] nums, int low, int high, int[] temp) {
        if (low >= high) {
            return;
        }
        int mid = low + ((high - low) >> 1);
        mergeSort(nums, low, mid, temp);
        mergeSort(nums, mid + 1, high, temp);
        merge(nums, low, mid, high, temp);
    }

    private static void mergeSort(int[] nums) {
        int n = nums.length;
        int[] temp = new int[n];
        mergeSort(nums, 0, n - 1, temp);
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] nums = {1, 2, 7, 4, 5, 3};
        mergeSort(nums);
        System.out.println(Arrays.toString(nums));
    }
}

算法分析

空间复杂度 O(n),时间复杂度 O(nlogn)。

对于规模为 n 的问题,一共要进行 log(n) 次的切分,每一层的合并复杂度都是 O(n),所以整体时间复杂度为 O(nlogn)。

由于合并 n 个元素需要分配一个大小为 n 的额外数组,所以空间复杂度为 O(n)。

这是一种稳定的排序算法。

快速排序

快速排序也采用了分治的思想:把原始的数组筛选成较小和较大的两个子数组,然后递归地排序两个子数组。

代码示例

import java.util.Arrays;

public class QuickSort {

    private static void quickSort(int[] nums) {
        quickSort(nums, 0, nums.length - 1);
    }

    private static void quickSort(int[] nums, int low, int high) {
        if (low >= high) {
            return;
        }
        int[] p = partition(nums, low, high);
        quickSort(nums, low, p[0] - 1);
        quickSort(nums, p[0] + 1, high);
    }

    private static int[] partition(int[] nums, int low, int high) {
        int less = low - 1, more = high;
        while (low < more) {
            if (nums[low] < nums[high]) {
                swap(nums, ++less, low++);
            } else if (nums[low] > nums[high]) {
                swap(nums, --more, low);
            } else {
                ++low;
            }
        }
        swap(nums, more, high);
        return new int[] {less + 1, more};
    }

    private static void swap(int[] nums, int i, int j) {
        int t = nums[i];
        nums[i] = nums[j];
        nums[j] = t;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] nums = {1, 2, 7, 4, 5, 3};
        quickSort(nums);
        System.out.println(Arrays.toString(nums));
    }
}

算法分析

空间复杂度 O(logn),时间复杂度 O(nlogn)。

对于规模为 n 的问题,一共要进行 log(n) 次的切分,和基准值进行 n-1 次比较,n-1 次比较的时间复杂度是 O(n),所以快速排序的时间复杂度为 O(nlogn)。

但是,如果每次在选择基准值的时候,都不幸地选择了子数组里的最大或最小值。即每次把把数组分成了两个更小长度的数组,其中一个长度为 1,另一个的长度是子数组的长度减 1。这样的算法复杂度变成 O(n²)。

和归并排序不同,快速排序在每次递归的过程中,只需要开辟 O(1) 的存储空间来完成操作来实现对数组的修改;而递归次数为 logn,所以它的整体空间复杂度完全取决于压堆栈的次数。