Java实现各种排序算法

---

Java实现各种排序算法

由于现在工作，许多数同学是以java为语言基础去找工作，在此总结使用java实现的各种排序算法，以及每种排序的时间按复杂度等等知识点。

---

一、使用到的工具类

测试用类

public class SortingHelper {
    // 构造方法私有化
    private SortingHelper() {
    }
    // 验证 排序算法是否正确
    public static <E extends Comparable<E>> boolean isSorted(E[] arr) {
        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            if (arr[i - 1].compareTo(arr[i]) > 0)
                return false;
        }
        return true;
    }
    /**
     * 排序时间测试
     * @param sortname  排序名称
     * @param arr   传入数组
     * @param <E>   泛型
     */
    public static <E extends Comparable<E>> void sortTest(String sortname, E[] arr){
        long startTime = System.nanoTime();
        if (sortname.equals("SelectionSort")){
        	// 此处类名 选择 排序算法所在的类的名
            Search.selectSort(arr, false);
        }else {

        }

        long endTime = System.nanoTime();

        double time  = (endTime - startTime)/ 1000000000.0;
        // 判断是否排除成功， 升序排列
        if (!isSorted(arr)){
            throw new RuntimeException(sortname + " failed=! ");
        }
        // 输出 排序测试信息
        System.out.println(String.format("%s , n = %d : %f s ",
                sortname,arr.length, time));

    }
}

验证生成数据使用类

import java.util.Random;

public class ArrayGenerator {
    private ArrayGenerator(){

    }

    // 生成一个随机数组，随机数组[0, n)
    public static Integer[] generateOrderedArray(int n){
        Integer[] arr = new Integer[n];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = i;
        }
        return arr;
    }
    // 生成一个随机数组，数组长度为为n， 每个数字的范围是[0, bound)
    public static  Integer[] generateRandomArray(int n, int bound){
        Integer[] arr = new Integer[n];
        Random rand = new Random();
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = rand.nextInt(bound);
        }
        return arr;
    }
}

二、排序

1.选择排序

时间复杂度：$O(n^2)$
Java代码实现

    /**
     * 用于交换的两个元素
     *
     * @param data 传入的数组
     * @param i    用于交换的元素的索引
     * @param j    用于交换的元素的索引
     */
    private static <E> void swap(E[] data, int i, int j) {
        E temp = data[i];
        data[i] = data[j];
        data[j] = temp;
    }
    /***
     * 选择排序
     * @param data 输入的数组
     * @param reverse 是否降序排列
     * @return 返回排序好的数组
     */
public static <E extends Comparable<E>> E[] selectSort(E[] data, boolean reverse) {
        for (int i = 0; i < data.length; i++) {
            // 设 data数组中的最小值的索引为  i
            int minIndex = i;
            for (int j = i + 1; j < data.length; j++) {
                if (reverse) {   // 如果 reserve 为 true 则为升序排列
                    if (data[minIndex].compareTo(data[j]) < 0) {
                        minIndex = j;
                    }
                } else {        // 如果 reverse 为 false 则为降序排列
                    if (data[j].compareTo(data[minIndex]) < 0) {
                        minIndex = j;
                    }
                }
            }
            if (i != minIndex) {
                swap(data, i, minIndex);
            }
        }

        return data;
    }

测试代码

public static void main(String[] args) {
        Integer[] data = {6, 4, 5, 3, 1, 2};
        data = Search.selectSort(data, false);
        for (int n : data) {
            System.out.print(n + " ");
        }

        System.out.println();
        Student zs = new Student();
        zs.setId(1);
        zs.setName("张三");
        zs.setGrade(67);
        Student ls= new Student();
        ls.setId(2);
        ls.setName("李四");
        ls.setGrade(99);

        Student[] students = {zs, ls};
        Search.selectSort(students, false);

        for (Student s : students) {
            System.out.println(s);
        }

        int[] dataSize = {10000, 100000};
        for (int n : dataSize) {
            Integer[] arr1 = ArrayGenerator.generateRandomArray(n, n);

            SortingHelper.sortTest("SelectionSort", arr1);
        }
    }

2.插入排序

时间复杂度：$O(n^2)$
Java代码实现

    public static <E extends Comparable<E>> void insertSort(E[] arr) {
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            for (int j = i; j > 0; j--) {
                if (arr[j].compareTo(arr[j - 1]) < 0) {
                    swap(arr, j, j - 1);
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }

测试代码

public static void main(String[] args) {
        Integer[] data = {6, 7, 4, 5, 3, 1, 2};
        Search.insertSort(data);
        for (int n : data) {
            System.out.print(n + " ");
        }

        System.out.println();
        Student zs = new Student();
        zs.setId(1);
        zs.setName("张三");
        zs.setGrade(67);
        Student ls= new Student();
        ls.setId(2);
        ls.setName("李四");
        ls.setGrade(99);

        Student[] students = {zgy, fbb};
        Search.insertSort(students);

        for (Student s : students) {
            System.out.println(s);
        }

        int[] dataSize = {10000, 100000};
        for (int n : dataSize) {
            Integer[] arr1 = ArrayGenerator.generateRandomArray(n, n);

            SortingHelper.sortTest("InsertionSort", arr1);
        }
    }

插入排序法的特性

  当输入数据为有序或者接近有序时，插入排序的时间复杂度接近$O(n)$，性能相对于选择排序提升了非常多。二选择排序无论在什么情况下的时间复杂度都为$O(n^2)。

---

总结