几大排序算法的Java实现

很多的面试题都问到了排序算法，中间的算法和思想比较重要，这边我选择了5种常用排序算法并用Java进行了实现。自己写一个模板已防以后面试用到。大家可以看过算法之后，自己去实现一下。

1.冒泡排序：大数向下沉，小数向上浮。

package TestProject;
/**
 * 冒泡排序
 * @author xuhui
 *
 */
public class SortAll {
    public static void main(String[] args){
        int[] a = {0,8,1,2,8,6,1};
        bubbleSort(a);
        for(int i=0;i<a.length;i++){
            System.out.print(a[i]+" ");
        }
    }
    public static void bubbleSort(int[] a){
        int len = a.length;//数组长度
        for(int i=0;i<len;i++){//每趟把最大数下沉到数组最后面
            for(int j=0;j<len-1;j++){
                if(a[j+1]<a[j]){//如果数组后面的数比前面的小，则往后换下沉
                    int temp = a[j];
                    a[j] = a[j+1];
                    a[j+1] = temp;
                }
            }
        }
    }
}

1.1冒泡排序的优化一：用一个变量记录每趟大数下沉的位置，标量值说明该变量后面数组已排序完成。

package TestProject;
/**
 * 冒泡排序优化
 * @author xuhui
 *
 */
public class SortAll {
    public static void main(String[] args){
        int[] a = {0,8,1,2,8,6,1};
        bubbleSort_1(a);
        for(int i=0;i<a.length;i++){
            System.out.print(a[i]+" ");
        }
    }
    public static void bubbleSort_1(int[] a){
        int len = a.length;//数组长度
        int i = len-1;
        while(i>0){
            int pos = 0;
            for(int j=0;j<i;j++){//只需排序a[0,1,...,pos]
                if(a[j]>a[j+1]){
                    int temp = a[j];
                    a[j] = a[j+1];
                    a[j+1] = temp;
                    pos = j;
                }
            }
            i = pos;//下一摊，a[pos+1,...,len-1]已排序好
        }
    }
}

1.2冒泡排序的优化二：将大数向下沉同时小数向下浮。

package TestProject;
/**
 * 冒泡排序优化
 * @author xuhui
 *
 */
public class SortAll {
    public static void main(String[] args){
        int[] a = {0,8,1,2,8,6,1};
        bubbleSort_2(a);
        for(int i=0;i<a.length;i++){
            System.out.print(a[i]+" ");
        }
    }
    public static void bubbleSort_2(int[] a){
        int len = a.length;//数组长度
        int hight = len-1;
        int low = 0;
        while(low<hight){
            for(int i=low;i<hight;i++){//大数下沉
                if(a[i]>a[i+1]){
                    int temp = a[i];
                    a[i] = a[i+1];
                    a[i+1] = temp;
                }
            }
            hight--;//每趟数组大数下沉到无序数组最后面，后面大数已排序好（这地方可以优化，可以每趟给一个变量记录其最后交换的位置，说明变量后面的数组已排序好）
            for(int i=hight;i>low;i--){//小数上浮
                if(a[i]<a[i-1]){
                    int temp = a[i];
                    a[i] = a[i-1];
                    a[i-1] = temp;
                }
            }
            low++;//每趟数组小数上浮到无序数组最前面，前面的小数已排序好
        }
    }
}

2.插入排序：大致思想就是两个数组，一个有序数组，一个无序数组，将无序数组插入有序数列中。其中将a[0]看成有序数组,a[1,...,len-1]看成无序数组。

package TestProject;
/**
 * 插入排序
 * @author xuhui
 *
 */
public class SortAll {
    public static void main(String[] args){
        int[] a = {0,8,1,2,8,6,1};
        insertSort(a);
        for(int i=0;i<a.length;i++){
            System.out.print(a[i]+" ");
        }
    }
    public static void insertSort(int[] a){
        int len = a.length;//数组长度
        for(int i=1;i<len;i++){
            int temp = a[i];
            int j;
            for(j=i-1;j>=0;j--){//将a[i]插入a[0,..,i]序列中
                if(a[j]<=temp){
                    break;
                }else{
                    a[j+1]=a[j];//插入有序数组时（从小到大），如果插入的数比当前数小，则向前插入，此时的数向后挪一位
                }        
            }
            a[j+1] = temp;//此时插入数在有序数列的位置
        }
    }
}

3.选择排序：每趟选择出最小的数放在数组最前面。

package TestProject;
/**
 * 选择排序
 * @author xuhui
 *
 */
public class SortAll {
    public static void main(String[] args){
        int[] a = {0,8,1,2,8,6,1};
        selectSort(a);
        for(int i=0;i<a.length;i++){
            System.out.print(a[i]+" ");
        }
    }
    public static void selectSort(int[] a){
        int len = a.length;
        for(int i=0;i<len;i++){
            int min = selectMin(a,i,len-1);
            int temp = a[min];//将无序数列的最小值换到前面
            a[min] = a[i];
            a[i] = temp;
        }
    }
    public static int selectMin(int[] a,int s,int t){
        int count = s;
        for(int i=s;i<=t;i++){
            if(a[i]<a[count])count=i;
        }
        return count;
    }
}

3.1选择排序优化一：二元选择排序，每次将无序数列的最大值换到后面，将最小值换到前面。

package TestProject;
/**
 * 选择排序
 * @author xuhui
 *
 */
public class SortAll {
    public static void main(String[] args){
        int[] a = {8,1,0,2,8,6,1};
        selectSort(a);
        for(int i=0;i<a.length;i++){
            System.out.print(a[i]+" ");
        }
    }
    public static void selectSort(int[] a){
        int len = a.length;
        int l = 0;
        int h = len-1;
        while(l<h){
            int[] count = selectMinMax(a,l,h);
            int temp = a[count[0]];//将无序数列的最小值换到前面
            a[count[0]] = a[l];
            a[l] = temp;          
            if(count[1]==l){  //count[0]为无序数列的最小值位置，count[1]为无序数列的最大值位置，如果当count[0]挪到l位置时（a[1,..,l-1]为有序序列），可能会出现l位置就是最大值位置
                temp = a[count[0]];
                a[count[0]] = a[h];
                a[h] = temp;
            }else{
                temp = a[count[1]];
                a[count[1]] = a[h];
                a[h] = temp;
            }
            
            l++;
            h--;
        }
    }
    public static int[] selectMinMax(int[] a,int s,int t){
        int[] count = {s,t};//count[0]-min,count[1]-max
        for(int i=s;i<=t;i++){
            if(a[i]<a[count[0]]){
                count[0]=i;
            }
            if(a[i]>a[count[1]]){
                count[1]=i;
            }
        }
        return count;
    }
}

 4.堆排序：首先建立一个最大堆，堆顶元素为最大值，每次将堆顶元素换到数组后面，这样一次循环就可以得到从小到大的有序数组。

package TestProject;
/**
 * 堆排序
 * @author xuhui
 *
 */
public class SortAll {
    public static void main(String[] args){
        int[] a = {0,8,1,2,8,6,1};
        int len = a.length;
        for(int i=(len/2-1);i>=0;i--){//建立一个最大堆
            maxHeapFixDown(a,i,len);//从有叶子的父节点建立最大堆，从下到上
        }
        for(int i=a.length-1;i>=0;i--){//堆顶元素为堆的最大值，每次把堆顶换到数组后面，一次次循环就使数组变成从小到大排序
            int temp = a[i];
            a[i] = a[0];
            a[0] = temp;
            maxHeapFixDown(a,0,i);
        }
        for(int i=0;i<a.length;i++){
            System.out.print(a[i]+" ");
        }
    }/**
     * 因为我们要从小到大排序，所以需要建立一个最大堆，从i开始到n-1，此时应满足a[i]>a[i+1,...,n-1]
     */
    public static void maxHeapFixDown(int[] a,int i,int n){
        int temp = a[i];
        int j = 2*i+1;
        while(j<n){
            if((j+1)<n&&a[j]<a[j+1])j++;
            if(a[j]<temp)break;
            a[i] = a[j];
            i=j;
            j=2*j+1;
        }
        a[i] = temp;
    }
}

 5.快速排序：选第一个元素作为基准元素，把小于这个基准元素的值放到前面，把大于这个基准元素的值放到后面。每次这个基准元素的最后位置也就是有序数列最后的位置，

a[0,...,m-1] <a[m]<a[m+1,..,n]，再从前面的a[0,...,m-1]进行上面的重复操作即可。

package TestProject;
/**
 * 快排
 * @author xuhui
 *
 */
public class SortAll {
    public static void main(String[] args){
        int[] a = {0,8,1,2,8,6,1};
        int len = a.length;
        quickSort(a,0,len-1);
        for(int i=0;i<a.length;i++){
            System.out.print(a[i]+" ");
        }
    } 
    public static void quickSort(int[] a,int s,int t){
        if(s<t){
            int x = a[s];
            int i = s;
            int j = t;
            while(i<j){
                while(i<j&&a[j]>=x)j--;
                int temp = a[i];
                a[i] = a[j];
                a[j] = temp;
                while(i<j&&a[i]<=x)i++;
                temp = a[j];
                a[j] = a[i];
                a[i] = temp;
            }
            quickSort(a,s,i-1);
            quickSort(a,i+1,t);
        }
    }
}

这边都是自己参照算法描述实现的Java代码，其中堆排序理解起来会比较困难，里面可能有一些边缘条件没有考虑到，如果有错请大家积极纠正。