【用Java学习数据结构系列】七大排序要悄咪咪的学（直接插入，希尔，归并，选择，堆排，冒泡，快排）以及计数排序（非比较排序）

在计算机科学中，排序是一项基本且重要的操作。排序算法的效率直接影响到数据处理的性能和速度。在Java中，我们可以使用不同的排序算法来处理数据，下面将介绍七种常见的排序算法，并给出Java代码示例及其特点。

1. 直接插入排序

直接插入排序是一种简单的排序算法，通过构建一个有序序列，对未排序的数据逐个插入到已排序的序列中。

public void insertionSort(int[] arr) {
    for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
        int key = arr[i];
        int j = i - 1;
        while (j >= 0 && arr[j] > key) {
            arr[j + 1] = arr[j];
            j--;
        }
        arr[j + 1] = key;
    }
}

2. 希尔排序

希尔排序是对插入排序的一种改进，其通过对间隔序列进行插入排序，使得整体数据趋向于有序，从而减少后续的排序次数。

public void shellSort(int[] arr) {
    int n = arr.length;
    for (int gap = n / 2; gap > 0; gap /= 2) {
        for (int i = gap; i < n; i++) {
            int temp = arr[i];
            int j;
            for (j = i; j >= gap && arr[j - gap] > temp; j -= gap) {
                arr[j] = arr[j - gap];
            }
            arr[j] = temp;
        }
    }
}

3. 归并排序

归并排序是一种分治法排序算法，将数组分为两半，分别排序后再合并。其时间复杂度为O(n log n)。

public void mergeSort(int[] arr) {
    if (arr.length < 2) return;
    int mid = arr.length / 2;

    int[] left = Arrays.copyOfRange(arr, 0, mid);
    int[] right = Arrays.copyOfRange(arr, mid, arr.length);

    mergeSort(left);
    mergeSort(right);

    merge(arr, left, right);
}

private void merge(int[] arr, int[] left, int[] right) {
    int i = 0, j = 0, k = 0;
    while (i < left.length && j < right.length) {
        if (left[i] <= right[j]) {
            arr[k++] = left[i++];
        } else {
            arr[k++] = right[j++];
        }
    }
    while (i < left.length) arr[k++] = left[i++];
    while (j < right.length) arr[k++] = right[j++];
}

4. 选择排序

选择排序的基本思路是每次从未排序的部分选择最小元素，放到已排序部分的后面。

public void selectionSort(int[] arr) {
    for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
        int minIndex = i;
        for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {
            if (arr[j] < arr[minIndex]) {
                minIndex = j;
            }
        }
        int temp = arr[minIndex];
        arr[minIndex] = arr[i];
        arr[i] = temp;
    }
}

5. 堆排序

堆排序利用堆这种数据结构，通过构建最大堆和不断地取出最大值，最终实现排序。

public void heapSort(int[] arr) {
    int n = arr.length;
    for (int i = n / 2 - 1; i >= 0; i--) {
        heapify(arr, n, i);
    }
    for (int i = n - 1; i > 0; i--) {
        int temp = arr[0];
        arr[0] = arr[i];
        arr[i] = temp;
        heapify(arr, i, 0);
    }
}

private void heapify(int[] arr, int n, int i) {
    int largest = i;
    int left = 2 * i + 1;
    int right = 2 * i + 2;

    if (left < n && arr[left] > arr[largest]) {
        largest = left;
    }
    if (right < n && arr[right] > arr[largest]) {
        largest = right;
    }
    if (largest != i) {
        int swap = arr[i];
        arr[i] = arr[largest];
        arr[largest] = swap;
        heapify(arr, n, largest);
    }
}

6. 冒泡排序

冒泡排序是通过重复交换相邻的逆序元素，把大的元素“冒泡”到数组的最后。

public void bubbleSort(int[] arr) {
    int n = arr.length;
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
}

7. 快速排序

快速排序是通过选择一个“基准”元素，将数组分为两个部分，对这两部分递归地进行相同的操作，直到整个数组有序。

public void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
    if (low < high) {
        int pi = partition(arr, low, high);
        quickSort(arr, low, pi - 1);
        quickSort(arr, pi + 1, high);
    }
}

private int partition(int[] arr, int low, int high) {
    int pivot = arr[high];
    int i = (low - 1);
    for (int j = low; j < high; j++) {
        if (arr[j] < pivot) {
            i++;
            int temp = arr[i];
            arr[i] = arr[j];
            arr[j] = temp;
        }
    }
    int temp = arr[i + 1];
    arr[i + 1] = arr[high];
    arr[high] = temp;
    return i + 1;
}

计数排序（非比较排序）

计数排序是一种非比较排序算法，适用于范围较小的整数排序。它通过计数元素频率，依次填充排序结果。

public void countingSort(int[] arr) {
    int max = Arrays.stream(arr).max().getAsInt();
    int[] count = new int[max + 1];

    for (int num : arr) {
        count[num]++;
    }

    int index = 0;
    for (int i = 0; i < count.length; i++) {
        while (count[i] > 0) {
            arr[index++] = i;
            count[i]--;
        }
    }
}

以上就是七种排序算法的 Java 实现及其特点简介。不同的排序算法适用于不同的数据集和需求，选择合适的排序算法可以显著提高程序的性能。希望通过这些示例，能够帮助读者更好地理解和应用排序算法。