数据结构奇妙旅程之六大排序算法

Java 中的六大排序算法包括：冒泡排序（Bubble Sort）、选择排序（Selection Sort）、插入排序（Insertion Sort）、希尔排序（Shell Sort）、归并排序（Merge Sort）和快速排序（Quick Sort）。下面是对这些排序算法的详细介绍以及相应的 Java 代码实现。

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，一次比较两个元素，如果他们的顺序错误就把他们交换过来。遍历数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换，也就是说该数列已经排序完成。

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;}}}
}

选择排序（Selection Sort）

选择排序是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是每一次从待排序的数据元素中选出最小（或最大）的一个元素，存放在序列的起始位置，直到全部待排序的数据元素排完。

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;}}// 交换找到的最小元素和第 i 个元素int temp = arr[minIndex];arr[minIndex] = arr[i];arr[i] = temp;}
}

插入排序（Insertion Sort）

插入排序的工作方式是通过构建有序序列，对于未排序数据，在已排序序列中从后向前扫描，找到相应位置并插入。插入排序在实现上，通常采用in-place排序（即只需用到O(1)的额外空间的排序），因而在从后向前扫描过程中，需要反复把已排序元素逐步向后挪位，为最新元素提供插入空间。

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;/* 将大于 key 的元素后移 */while (j >= 0 && arr[j] > key) {arr[j + 1] = arr[j];j = j - 1;}arr[j + 1] = key;}
}

希尔排序（Shell Sort）

希尔排序是插入排序的一种更高效的改进版本。希尔排序是非稳定排序算法。该方法的基本思想是：先将整个待排序的记录序列分割成为若干子序列（由相隔某个“增量”的记录组成）分别进行直接插入排序，然后依次缩减增量再进行排序，待整个序列中的记录“基本有序”时，再对全体记录进行一次直接插入排序。

public static void shellSort(int[] arr) {int n = arr.length;int gap = n / 2;while (gap > 0) {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;}gap /= 2;}
}

归并排序（Merge Sort）

归并排序是一种分治策略的排序算法。它将一个大数组分割成两个小数组，分别对这两个小数组进行排序，然后将排序好的小数组合并成一个有序的大数组。

public static void mergeSort(int[] arr) {if (arr.length < 2) {return; // 数组长度小于2时，不需要排序}int mid = arr.length / 2;int[] left = Arrays.copyOfRange(arr, 0, mid);int[] right = Arrays.copyOfRange(arr, mid, arr.length);mergeSort(left); // 对左半部分进行排序mergeSort(right); // 对右半部分进行排序merge(arr, left, right); // 合并两个有序数组
}public 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++];}
}

快速排序（Quick Sort）

快速排序是一种高效的排序算法，它使用分治法的策略来把一个数组排序。快速排序的基本思想是：通过一趟排序将待排序的数据分割成独立的两部分，其中一部分的所有数据都比另一部分的所有数据都要小，然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序，整个排序过程可以递归进行，以此达到整个数据变成有序序列。

public static void quickSort(int[] arr, int low, int high) {if (low < high) {int pivotIndex = partition(arr, low, high);quickSort(arr, low, pivotIndex - 1); // 对左半部分进行递归排序quickSort(arr, pivotIndex + 1, high); // 对右半部分进行递归排序}
}public static int partition(int[] arr, int low, int high) {int pivot = arr[high]; // 选择最右边的元素作为枢轴int i = low - 1; // 指向最小元素的指针for (int j = low; j < high; j++) {// 如果当前元素小于或等于枢轴if (arr[j] <= pivot) {i++; // 增加最小元素指针// 交换 arr[i] 和 arr[j]int temp = arr[i];arr[i] = arr[j];arr[j] = temp;}}// 将枢轴放到正确的位置int temp = arr[i + 1];arr[i + 1] = arr[high];arr[high] = temp;return i + 1;
}