在Java编程中，排序是一项基本而重要的操作。常见的排序算法有很多，本文将介绍八种基本的排序算法，并给出相应的Java实现代码示例。这些排序算法分别是：冒泡排序、选择排序、插入排序、希尔排序、归并排序、快速排序、堆排序和计数排序。让我们逐一了解这些排序算法。
1. 冒泡排序
冒泡排序是一种简单的排序算法，其通过重复遍历待排序的数列，比较相邻元素并交换顺序不正确的元素，直到排序完成。
public class BubbleSort {
public static 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]) {
// 交换 arr[j] 和 arr[j + 1]
int temp = arr[j];
arr[j] = arr[j + 1];
arr[j + 1] = temp;
}
}
}
}
}
2. 选择排序
选择排序每次选择最小（或最大）元素，将其放到已排序序列的末尾。
public class SelectionSort {
public static void selectionSort(int[] arr) {
int n = arr.length;
for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
int minIndex = i;
for (int j = i + 1; j < n; j++) {
if (arr[j] < arr[minIndex]) {
minIndex = j;
}
}
// 交换 arr[i] 和 arr[minIndex]
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[minIndex];
arr[minIndex] = temp;
}
}
}
3. 插入排序
插入排序通过将一个元素插入到已排序序列的合适位置，实现排序。
public class InsertionSort {
public static void insertionSort(int[] arr) {
int n = arr.length;
for (int i = 1; i < n; 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;
}
}
}
4. 希尔排序
希尔排序是插入排序的一种更高效的改进版本，它通过比较间隔大的元素来减少整体的移动次数。
public class ShellSort {
public static 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;
}
}
}
}
5. 归并排序
归并排序是一种分治法排序算法，该算法将数组分成两个子数组排序，然后合并。
public class MergeSort {
public static void mergeSort(int[] arr) {
if (arr.length < 2) return;
int mid = arr.length / 2;
int[] left = new int[mid];
int[] right = new int[arr.length - mid];
System.arraycopy(arr, 0, left, 0, mid);
System.arraycopy(arr, mid, right, 0, arr.length - mid);
mergeSort(left);
mergeSort(right);
merge(arr, left, right);
}
private static 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++];
}
}
6. 快速排序
快速排序是一种分治法算法，通过一个基准值将数组分为两部分，进行递归排序。
public class QuickSort {
public static void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
if (low < high) {
int pivotIndex = partition(arr, low, high);
quickSort(arr, low, pivotIndex - 1);
quickSort(arr, pivotIndex + 1, high);
}
}
private static 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;
}
}
7. 堆排序
堆排序利用堆这一数据结构来进行排序，先构建最大堆，然后交换并调整堆。
public class HeapSort {
public static 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 static 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);
}
}
}
8. 计数排序
计数排序是一种非比较型排序算法，它通过统计每个元素出现的次数来进行排序。
public class CountingSort {
public static void countingSort(int[] arr) {
int max = Integer.MIN_VALUE;
for (int num : arr) {
if (num > max) max = num;
}
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]--;
}
}
}
}
总结
以上介绍的八种排序算法各有优缺点，适用于不同的场景。冒泡排序、选择排序和插入排序适合小数组，希尔排序、归并排序、快速排序和堆排序可以处理较大的数组，而计数排序适用于范围较小的整数集合。理解这些排序算法的原理和实现方式，对于提升编程能力和算法思维至关重要。希望本文对大家学习排序算法有所帮助！
