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Java实现排序算法(二)

news 来源：原创 2024/5/18 15:57:04

为了便于管理，先引入个基础类：

package algorithms;

/**
* @author yovn
*
*/
public abstract class Sorter < E 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 < E 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 < E 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 < E 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 < E 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 < E 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 ;
    }

}