JAVA 排序工具类

提供了以下排序：

冒泡排序
选择排序
插入排序
希尔排序
快速排序
归并排序
桶排序
堆排序

package com.xingej.algorithm.sort;import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;/*** 排序工具类* * @author erjun 2017年12月13日 上午8:38:22*/public class SortUtils {// 私有构造器，禁止外界创建对象private SortUtils() {}// --------1、冒泡排序------/*** * 冒泡排序核心：1、从数组的最后一个元素，开始比较；2、两两比较，满足条件的话，就需要进行位置的互换* * 实际生活中：小学时，需要根据身高进行座位排序，就可以使用冒泡排序进行。* */public static void bubbleSort(int[] arr) {int temp;// 4 3 2 1，按冒泡排序的话，需要进行3轮比较可以了for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {// 每一轮比较，找出本轮的最小值for (int j = arr.length - 1; j > i; j--) {// 后面的/下面的水泡 小于 上面的水泡，就移位if (arr[j] < arr[j - 1]) {// java 是引用传递temp = arr[j];arr[j] = arr[j - 1];arr[j - 1] = temp;}}}}// --------2、选择排序------/*** * 选择排序的核心:* * 扫描所有的元素，得到最小的元素，并将最小的元素与左边第一个元素进行交换。再次扫描除* * 第一位置的所有元素，得到最小的元素，与左边第二个元素进行交换。依次类推* * 选择排序是建立在冒泡排序的基础之上的，* * 冒泡排序的缺点，每一轮交换的次数太多了，为了解决这个问题，出现选择排序* * 解决思路，很明显，既然冒泡排序每一轮的交换次数太多，那就，每一轮，最多交换依次，就是说，每一轮只将最小值* * 找出来，进行交换，* * 按照这个思路，去写"选择排序"* */public static void selectSort(int[] arr) {int minIndex = 0; // 每次两两比较时，如a>b，那么minIndex就是b的下标int value;for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {minIndex = i;value = arr[minIndex]; // 每一轮未排序元素的第一个值// 这个for，每一次，都会找出未排序元素的最小下标for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {if (arr[minIndex] > arr[j]) {minIndex = j;// 将最小下标赋值给minIndex}}// 将最小值与第一个元素，进行交换arr[i] = arr[minIndex];arr[minIndex] = value;}}// --------3、插入排序------/*** 插入排序，的思想跟冒泡排序和选择排序不同* * 使用场景很像打牌时，每抓到一个张牌，按照大小插入到"已经排序好"的牌里* * 实际应用场景：有排序好的元素，还有一些未排序的元素，这个时候可以考虑插入排序* * 其实，将待排序的元素，插入到已经排序好的元素时，* * 可以使用别的排序方法，来进行，不必循序查询比较排序，可以使用快速排序* * @param arr*/public static void insertSort(int[] arr) {// right表示，未排序的元素for (int right = 1; right < arr.length; right++) {int temp = arr[right]; // 做备份int left = right - 1;// left 表示： 左边已经排序好的元素// 比方说，左边已经排序好的元素有 1 2 4 6// 待排序元素为3，// 将3依次跟6,4,2,1进行比较，直到找到合适的位置，// 也就是，找到合适的数组下标leftwhile (left >= 0 && arr[left] > temp) {arr[left + 1] = arr[left];left--;}// 为什么left+1呢？// 因为，上面的while循环中，left 减 1 之后， 不满足循环条件的，// 因此，需要将temp值放到left+1的位置上去arr[left + 1] = temp;}}// --------4、希尔排序------public static void shellSort(int[] arr) {int left; // 左边下标，表示，已经排序好的元素int right; // 右边下标，表示，待排序元素/就是没有排序的元素int temp; // 临时存储int h = 1; // 初始间隔为1；// 计算最大间隔while (h < arr.length / 3) {h = 3 * h + 1;}while (h > 0) {// 表示循环待排序的元素for (right = h; right < arr.length; right++) {temp = arr[right]; // 先将待排序的元素，进行缓存一下left = right; //// 为什么是left>h-1,// 目前我认为是，保证arr[left-h] 得有值，不能为空，或者说，报空指针异常吧while (left > h - 1 && arr[left - h] >= temp) {arr[left] = arr[left - h];left = left - h;}// 这里，千万不要写成下面的形式, 不能再left-h，因为，上面的while()循环，已经减去了// arr[left - h] = temp;arr[left] = temp;}// 重新调整排序间隔h = (h - 1) / 3;}}// --------5、快速排序------public static void quickSort(int arr[]) {recQuickSort(arr, 0, arr.length - 1);}// 使用递归和划分技术进行快速排序private static void recQuickSort(int arr[], int left, int right) {int size = right - left + 1;if (size < 10) {insertSort(arr, left, right);} else {int median = medianof3(arr, left, right);int partition = partitionIt(arr, left, right, median);recQuickSort(arr, left, partition - 1);recQuickSort(arr, partition + 1, right);}}// 划分方法，返回分割点的索引private static int partitionIt(int arr[], int left, int right, int pivot) {int leftPtr = left;int rightPtr = right - 1;while (true) {// 从左往右找大于特定值的while (arr[++leftPtr] < pivot); // 循环结束，就代表，找到一个大于特定值的数据项// 从右向左找小于特定值while (arr[--rightPtr] > pivot);if (leftPtr >= rightPtr) {break; // 结束时，leftPtr = rightPtr} else {swap(arr, leftPtr, rightPtr); // 交换}}swap(arr, leftPtr, right - 1);return leftPtr;}// 找出中间值// 索引为left，right，以及中间值的 进行排序，private static int medianof3(int arr[], int left, int right) {int centerIndex = (left + right) / 2;if (arr[left] > arr[centerIndex]) {swap(arr, left, centerIndex);}if (arr[left] > arr[right]) {swap(arr, left, right);}if (arr[centerIndex] > arr[right]) {swap(arr, centerIndex, right);}swap(arr, centerIndex, right - 1);return arr[right - 1];}private static void insertSort(int arr[], int left, int right) {int in, out;int temp; // 临时缓存，待存储的元素for (out = left + 1; out <= right; out++) {temp = arr[out];in = out;while (in > left && arr[in - 1] >= temp) {arr[in] = arr[in - 1];in--;}arr[in] = temp;}}private static void swap(int arr[], int left, int right) {int temp = arr[left];arr[left] = arr[right];arr[right] = temp;}// --------6、归并排序------// 归并两个已经有序的数组// 首先将数组，拆分成两部分，左边做成有序的，同样，右边也做成有序的。// 将这两个有序的数组，组合生成第3个有序的数组，// 时间复杂度O(N*logN)// 缺点：消耗内存；public static void mergeSort(int arr[]) {// 生成临时的缓存数组，用于临时排序int[] workSpace = new int[arr.length];recMergeSort(arr, workSpace, 0, arr.length - 1);}// lowerBound，upperBound 全是数组下标private static void recMergeSort(int arr[], int workSpace[], int lowerBound, int upperBound) {if (lowerBound == upperBound) {return;} else {int mid = (lowerBound + upperBound) / 2;// 递归前半部分recMergeSort(arr, workSpace, lowerBound, mid);// 递归后半部分recMergeSort(arr, workSpace, mid + 1, upperBound);// 进行合并merge(arr, workSpace, lowerBound, mid + 1, upperBound);}}/*** * @param arr*            被排序的数组* @param workSpace*            临时缓存，进行排序的* @param lowPtr*            前半部分，最小下标* @param highPtr*            后半部分，最小下标* @param upperBound*            后半部分，最大下标*/private static void merge(int arr[], int workSpace[], int lowPtr, int highPtr, int upperBound) {int i = 0;int lowerBound = lowPtr;// 前半部分的最小下标，进行缓存int mid = highPtr - 1;int n = upperBound - lowerBound + 1;while (lowPtr <= mid && highPtr <= upperBound) {if (arr[lowPtr] < arr[highPtr]) {workSpace[i++] = arr[lowPtr++];} else {workSpace[i++] = arr[highPtr++];}}// 前半部分或者后半部分，可能还存在未排序的元素，需要写到workSpace里while (lowPtr <= mid) {workSpace[i++] = arr[lowPtr++];}while (highPtr <= upperBound) {workSpace[i++] = arr[highPtr++];}// 将排序好的元素数组workSpace，重新赋值到arr数组里for (i = 0; i < n; i++) {arr[lowerBound + i] = workSpace[i];}}// --------7、桶排序------/*** 使用场景：* * 1、桶排序，可使用于最大最小值相差较大的数据情况，如{2,100,200,198,3,87}* * 2、被排序的数据元素，最好分配均匀，否则可能会导致数据都集中到一个桶中，如{102,108,111,204,3000}* * 基本步骤：* * 1.找出待排序数组中的最大值max、最小值min* * 2.我们使用 动态数组ArrayList 作为桶，桶里放的元素也用 ArrayList存储。桶的数量为(max-min)/arr.length+1* * 3.遍历数组 arr，计算每个元素 arr[i] 放的桶* * 4.每个桶各自排序* * 5.遍历桶数组，把排序好的元素放进输出数组* */public static void bucketSort(int arr[]) {int max = Integer.MIN_VALUE; // 先赋值成最小值int min = Integer.MAX_VALUE;// 一次循环，将该数组的最大值，最小值求出来for (int i = 0; i < arr.length; i++) {max = Math.max(max, arr[i]);min = Math.min(min, arr[i]);}// 求桶数int bucketNum = (max - min) / (arr.length) + 1;// 初始化每个桶ArrayList<ArrayList<Integer>> bucketArr = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < bucketNum; i++) {bucketArr.add(new ArrayList<>());}// 遍历数组，将每个元素放入桶中for (int i = 0; i < arr.length; i++) {int bucketIndex = (arr[i] - min) / (arr.length);bucketArr.get(bucketIndex).add(arr[i]);}// 对每个桶元素，进行排序for (int i = 0; i < bucketArr.size(); i++) {Collections.sort(bucketArr.get(i));}// 将已经排序好的元素，重新赋值到arr数组里int j = 0;// 遍历每个桶，将每个桶的元素，赋值到arr数组里for (int i = 0; i < bucketArr.size(); i++) {ArrayList<Integer> arrayList = bucketArr.get(i);for (Integer key : arrayList) {arr[j++] = key;}}}// --------8、堆排序------// 堆特点：// 1、它是完全的二叉树，除了树的最后一层节点不需要是满的，其他的每一层从左到右都完全是满的// 2、它常常是用一个数组来实现堆的// 3、堆中的每一个节点都满足的条件是，父节点的关键字要大于所有的子节点public static void heapSort(int arr[]) {int size = arr.length;Heap heap = new Heap(size);for (int i = 0; i < size; i++) {Node node = new Node(arr[i]);heap.insertAt(i, node);heap.incrementSize();// 数量递增}// 从最后一个元素的父节点开始向下调整，一直到根// 调整完后，就变成标准的堆了for (int j = size / 2 - 1; j >= 0; j--) {heap.trickleDown(j);}// 通过循环删除最大项，再把删除的数据，数组中的指定的位置，如从后往前方；// 结果就是从小到大排序for (int j = size - 1; j >= 0; j--) {Node biggestNode = heap.remove();// 取出最大的数据项heap.insertAt(j, biggestNode);}System.out.println("----打印排序后的堆----");heap.displayArray();}// 堆排序，// 堆是二叉树，因此，需要创建这个节点，来存储数据// 堆的特点：父节点的值要大于子节点，左右子节点大小无关系，不要求左子节点小于右子节点static class Node {private int iData;public Node(int key) {iData = key;}public int getKey() {return iData;}public void setKey(int id) {iData = id;}}// 创建堆static class Heap {private Node[] heapArray;private int maxSize;private int currentSize;public Heap(int mx) {maxSize = mx;currentSize = 0;heapArray = new Node[maxSize];}public boolean isEmpty() {return currentSize == 0;}// 插入指定的位置public void insertAt(int index, Node node) {heapArray[index] = node;}public void incrementSize() {currentSize++;}public Node remove() {Node root = heapArray[0];heapArray[0] = heapArray[--currentSize];// 把最后一个元素，赋值到根元素上trickleDown(0);// 开始向下调整return root;}// 向下调整public void trickleDown(int index) {int largerChild;Node top = heapArray[index];while (index < currentSize / 2) {int leftChild = 2 * index + 1;int rightChild = leftChild + 1;if (rightChild < currentSize && heapArray[leftChild].getKey() < heapArray[rightChild].getKey()) {largerChild = rightChild;} else {largerChild = leftChild;}if (top.getKey() >= heapArray[largerChild].getKey()) {break;}heapArray[index] = heapArray[largerChild];index = largerChild;}heapArray[index] = top;}// 树状的方式，显示堆public void displayHeap() {int nBlanks = 32;int itemsPerRow = 1;// 层数判断int column = 0;int j = 0;String dots = "-------------------------";System.out.println(dots + dots);while (currentSize > 0) {if (column == 0) {for (int k = 0; k < nBlanks; k++) {System.out.print(' ');}System.out.print(heapArray[j].getKey());if (++j == currentSize) {break;// 所有的数据项，全部显示完毕了}if (++column == itemsPerRow) {nBlanks /= 2;itemsPerRow *= 2;column = 0;System.out.println();} else {for (int k = 0; k < nBlanks * 2 - 2; k++) {System.out.print(' ');}}}}System.out.println("\n" + dots + dots);}// 以数组的方式，来显示堆public void displayArray() {for (int j = 0; j < maxSize; j++) {System.out.print(heapArray[j].getKey() + " ");}System.out.println();}}
}

测试用例：

package com.xingej.algorithm.sort;import org.junit.Before;
import org.junit.Test;public class SortTest {private int max = 20;private int[] arr = new int[max];// 初始化数组@Beforepublic void initArray() {for (int i = 0; i < max; i++) {arr[i] = (int) (Math.random() * 100 + 1);}System.out.println("------排序前-----");show(arr);}// -----打印输出/*** 打印输出数组* * @param arr*/private void show(int[] arr) {for (int i = 0; i < max; i++) {System.out.print(arr[i] + " ");}System.out.println();}// -----冒泡排序@Testpublic void testByBubbleSort() {SortUtils.bubbleSort(arr);System.out.println("------排序后-----");show(arr);}// -----选择排序@Testpublic void testBySelectionSort() {SortUtils.selectSort(arr);System.out.println("------排序后-----");show(arr);}// -----插入排序@Testpublic void testByInsertSort() {SortUtils.insertSort(arr);System.out.println("------排序后-----");show(arr);}// -----希尔排序@Testpublic void testByShellSort() {SortUtils.shellSort(arr);System.out.println("------排序后-----");show(arr);}// -----快速排序@Testpublic void testByQuickSort() {SortUtils.quickSort(arr);System.out.println("------排序后-----");show(arr);}// -----归并排序@Testpublic void testByMergeSort() {SortUtils.mergeSort(arr);System.out.println("------排序后-----");show(arr);}// -----桶排序@Testpublic void testByBucketSort() {SortUtils.bucketSort(arr);System.out.println("------排序后-----");show(arr);}// -----堆排序,时间复杂度是O(logN)@Testpublic void testByHeapSort() {SortUtils.heapSort(arr);}}