JAVA：常用的算法指南

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1、简述

在软件开发过程中，算法扮演着关键的角色。它们用于解决各种问题，从数据处理到搜索、排序等。本文将介绍几种常见的算法及其 Java 实现，包括排序算法、搜索算法以及图算法。
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2、排序算法

2.1 冒泡排序（Bubble Sort）

冒泡排序是一种简单的排序算法。它重复地遍历待排序的数列，依次比较两个相邻的元素，如果它们的顺序错误就交换它们的位置。遍历数列的工作重复进行直到没有相邻元素需要交换为止。

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 - i - 1; 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;}}}}public static void main(String[] args) {int[] arr = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};bubbleSort(arr);System.out.println("排序后的数组:");for (int num : arr) {System.out.print(num + " ");}}
}

2.1 快速排序（Quick Sort）

快速排序是分治法的一种，它通过选择一个基准元素，将数组分为两部分，比基准小的元素放在左边，比基准大的元素放在右边，然后对这两部分分别进行递归排序。

public class QuickSort {public static 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 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++;// 交换 arr[i] 和 arr[j]int temp = arr[i];arr[i] = arr[j];arr[j] = temp;}}// 交换 arr[i+1] 和 arr[high]int temp = arr[i + 1];arr[i + 1] = arr[high];arr[high] = temp;return i + 1;}public static void main(String[] args) {int[] arr = {10, 7, 8, 9, 1, 5};quickSort(arr, 0, arr.length - 1);System.out.println("排序后的数组:");for (int num : arr) {System.out.print(num + " ");}}
}

3、搜索算法（二分查找（Binary Search））

二分查找是一种高效的查找算法，适用于已经排序的数组。它通过将数组一分为二，反复缩小查找范围来找到目标值。

public class BinarySearch {public static int binarySearch(int[] arr, int x) {int low = 0, high = arr.length - 1;while (low <= high) {int mid = low + (high - low) / 2;if (arr[mid] == x)return mid;if (arr[mid] < x)low = mid + 1;elsehigh = mid - 1;}return -1; // 未找到返回 -1}public static void main(String[] args) {int[] arr = {2, 3, 4, 10, 40};int x = 10;int result = binarySearch(arr, x);if (result == -1)System.out.println("元素未找到");elseSystem.out.println("元素在索引 " + result);}
}

4、图算法

4.1 深度优先搜索（Depth-First Search, DFS）

深度优先搜索是一种用于遍历或搜索图的算法。它从图的某个起始节点开始，沿着一条路径走到底，然后回溯，继续探索新的路径。

import java.util.*;public class GraphDFS {private int V; // 顶点个数private LinkedList<Integer> adj[]; // 邻接表GraphDFS(int v) {V = v;adj = new LinkedList[v];for (int i = 0; i < v; ++i)adj[i] = new LinkedList();}void addEdge(int v, int w) {adj[v].add(w); // 添加边}void DFSUtil(int v, boolean visited[]) {visited[v] = true;System.out.print(v + " ");Iterator<Integer> i = adj[v].listIterator();while (i.hasNext()) {int n = i.next();if (!visited[n])DFSUtil(n, visited);}}void DFS(int v) {boolean visited[] = new boolean[V];DFSUtil(v, visited);}public static void main(String args[]) {GraphDFS g = new GraphDFS(4);g.addEdge(0, 1);g.addEdge(0, 2);g.addEdge(1, 2);g.addEdge(2, 0);g.addEdge(2, 3);g.addEdge(3, 3);System.out.println("从顶点 2 开始的深度优先搜索:");g.DFS(2);}
}

4.2 广度优先搜索（Breadth-First Search, BFS）

广度优先搜索是一种用于遍历或搜索图的算法。它从图的某个起始节点开始，首先访问距离最近的节点，然后逐层向外扩展。

import java.util.*;public class GraphBFS {private int V; // 顶点个数private LinkedList<Integer> adj[]; // 邻接表GraphBFS(int v) {V = v;adj = new LinkedList[v];for (int i = 0; i < v; ++i)adj[i] = new LinkedList();}void addEdge(int v, int w) {adj[v].add(w); // 添加边}void BFS(int s) {boolean visited[] = new boolean[V];LinkedList<Integer> queue = new LinkedList<>();visited[s] = true;queue.add(s);while (queue.size() != 0) {s = queue.poll();System.out.print(s + " ");Iterator<Integer> i = adj[s].listIterator();while (i.hasNext()) {int n = i.next();if (!visited[n]) {visited[n] = true;queue.add(n);}}}}public static void main(String args[]) {GraphBFS g = new GraphBFS(4);g.addEdge(0, 1);g.addEdge(0, 2);g.addEdge(1, 2);g.addEdge(2, 0);g.addEdge(2, 3);g.addEdge(3, 3);System.out.println("从顶点 2 开始的广度优先搜索:");g.BFS(2);}
}