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  • 【转】排序算法复习(Java实现)(一): 插入,冒泡,选择,Shell,快速排序

    http://www.blogjava.net/javacap/archive/2007/12/13/167364.html

    为了便于管理,先引入个基础类:

    package algorithms;

    /**
     * 
    @author yovn
     *
     
    */
    public abstract class Sorter<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<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[i];
                  
    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<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<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<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[i];
                  
    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<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,下次再归纳。

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