Java实现排序集合(冒泡/插入/选择/归并/快速/计数/线性时间找第K大元素)

直接上代码(测试+方法实现)

package com.zhaowa.nuoya.algorithms.sort;

import java.util.Random;

/**
 * 排序算法集合
 * @author 
 * @Description:
 */
public class SortCollection {


    public static void main(String[] args) {

        int n = 10000;
        SortCollection sortCollection = new SortCollection();
        /*冒泡排序测试*/
        sortTest(sortCollection,"bubbleSort",n,0);
        /*插入排序*/
        sortTest(sortCollection,"insertionSort",n,0);
        /*选择排序*/
        sortTest(sortCollection,"selectionSort",n,0);
        /*归并排序*/
        sortTest(sortCollection,"mergeSort",n,0);
        /*快速排序*/
        sortTest(sortCollection,"quickSort",n,0);
        /*计数排序*/
        sortTest(sortCollection,"countingSort",n,0);
        /*查找第K大元素*/
        sortTest(sortCollection,"findKLargest",n,4);
        }

    private static void sortTest(SortCollection sortCollection, String sortType, int n,int k) {
        int[] nums = genNums(n);
        int kLargest = 0;
        printNums(sortType,nums,n,0);
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        switch(sortType){
            case "bubbleSort" : sortCollection.bubbleSort(nums,n);
                break;
            case "insertionSort" : sortCollection.insertionSort(nums,n);
                break;
            case "selectionSort" : sortCollection.selectionSort(nums,n);
                break;
            case "mergeSort" : sortCollection.mergeSort(nums,n);
                break;
            case "quickSort" : sortCollection.quickSort(nums,n);
                break;
            case "findKLargest" : kLargest = sortCollection.findKLargest(nums,n,k);
                break;
            case "countingSort" : sortCollection.countingSort(nums,n);
                break;
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        printNums(sortType,nums,n,endTime-startTime);
        if (kLargest != 0){
            System.out.println("kLargest="+kLargest);
        }

    }

    private static int[] genNums(int n) {
        int[] nums = new int[n];
        Random random = new Random();
        for (int i = 0;i < n;i++){
            nums[i] = random.nextInt(1000);
        }
        return nums;
    }

    /**
     * 打印数组
     * @param preStr
     * @param nums
     * @param n
     * @param useTime
     */
    private static void printNums(String preStr,int[] nums, int n ,long useTime) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append("耗时:").append(useTime).append("ms--").append(preStr).append("=[").append(nums[0]);
        for (int i = 1;i < n;i++){
            sb.append(",").append(nums[i]);
        }
        System.out.println(sb.append("]").toString());

    }


    /**
     * 冒泡排序
     * @param a
     * @param n
     */
    public void bubbleSort(int[] a,int n){
        if (n <= 1)return;
        for (int i = 0;i < n;i++){
            boolean flag = false;
            for (int j = 0;j < n-i-1;j++){
                if (a[j] > a[j+1]){//存在逆序对
                    int temp = a[j];
                    a[j] = a[j+1];
                    a[j+1] = temp;
                    flag = true;
                }
            }
            if (!flag){
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 直接插入排序
     * @param a
     * @param n
     */
    public void insertionSort(int[] a,int n){
        if (n <= 1)return;
        for (int i = 1;i < n;i++){//无序列表
            int value = a[i];
            int j = i-1;
            for (;j >=0;j--){//有序列表,从后往前对比,确定元素插入位置(j+1)
                if (a[j] > value){
                    a[j+1] = a[j];
                }else {
                    break;
                }
            }
            a[j+1] = value;
        }
    }

    /**
     * 选择排序
     * @param a
     * @param n
     */
    public void selectionSort(int[] a,int n){
        if (n <= 1)return;
        for (int i = 0;i< n-1;i++){//有序列表
            int minPos = i;
            for (int j = i;j < n;j++){//在剩余的无序列表中找最小值的数组下标
                if (a[j] < a[minPos]){
                    minPos = j;
                }
            }
            int temp = a[i];
            a[i] = a[minPos];
            a[minPos] = temp;
        }
    }

    /**
     * 归并排序:先分组排序后合并
     * @param a
     * @param n
     */
    public void mergeSort(int[] a,int n){
        mergeSortJ(a,0,n-1);
    }

    /**
     * 递归
     * @param a
     * @param l
     * @param r
     */
    private void mergeSortJ(int[] a, int l, int r) {
        if (l >= r)return;
        int mid = l + ((r - l) >> 1);
        mergeSortJ(a,l,mid);
        mergeSortJ(a,mid+1,r);
        merge(a,l,mid,mid+1,r);
    }

    /**
     * 合并两有序数组列表
     * @param a
     * @param l
     * @param mid
     * @param l2
     * @param r
     */
    private void merge(int[] a, int l, int mid, int l2, int r) {
        int i = l,j = l2,k = 0;
        int[] temp = new int[r-l+1];
        while (i <= mid && j<= r){//合并两数组,将数据小的放在temp前面
            if (a[i] < a[j]){
                temp[k++] = a[i++];
            }else {
                temp[k++] = a[j++];
            }
        }
        int start = i,end = mid;
        if (j <= r){//若后一个数据中还有数据
            start = j;
            end = r;
        }
        while (start <= end){
            temp[k++] = a[start++];
        }
        for (int m = 0;m <= r-l;){
            a[l+m] = temp[m++];
        }
    }

    /**
     * 快速排序
     * @param a
     * @param n
     */
    public void quickSort(int[] a,int n){
        quickSortJ(a,0,n-1);
    }

    /**
     * 递归
     * @param a
     * @param l
     * @param r
     */
    private void quickSortJ(int[] a, int l, int r) {
        if (l >= r)return;
        int q = partition(a,l,r);//分区,[l,q-1]<[q]<=[q+1,r]
        quickSortJ(a,l,q-1);
        quickSortJ(a,q+1,r);
    }

    /**
     * 分区
     * @param a
     * @param l
     * @param r
     * @return
     */
    private int partition(int[] a, int l, int r) {
        int pivot = a[r];//分区点
        int i = l;
        for (int j = l;j < r;j++){
            if (a[j] < pivot){
                int temp = a[i];
                a[i] = a[j];
                a[j] = temp;
                i++;
            }
        }
        a[r] = a[i];
        a[i] = pivot;
        return i;
    }

    /**
     * 线性查找第K大元素
     * @param a
     * @param n
     * @return
     */
    public int findKLargest(int[] a,int n,int k){
        return findKLargestJ(a,0,n-1 ,k);
    }

    /**
     * 递归查找
     * @param a
     * @param l
     * @param r
     * @param k
     * @return
     */
    private int findKLargestJ(int[] a, int l, int r ,int k) {
        if (l > r)return -1;
        int p = partition(a,l,r);//利用分区算法
        if (k == (p+1)) return a[p];
        else if (k < (p+1)){
           return findKLargestJ(a,l,p-1,k);
        }else {
           return findKLargestJ(a,p+1,r,k);
        }
    }

    /**
     * 计数排序
     * @param a
     * @param n
     */
    public void countingSort(int[] a,int n){
        /*查找a数组中的最大值,确定计数数组的大小*/
        int max = a[0];
        for (int i = 0;i < n;i++){
            if (max < a[i]){
                max = a[i];
            }
        }
        int[] c = new int[max+1];//计数数组
        for (int i = 0;i< max+1;i++){//给计数数组赋初值
            c[i] = 0;
        }
        /*计算a数组中相同值的个数,并放入c数组中*/
        for (int i = 0;i < n;i++){
            c[a[i]]++;
        }
        /*c数据按项累加,得到元素在有序列表中的存储位置*/
        for (int i = 1;i <= max;i++){
            c[i] = c[i-1] + c[i];
        }
        int[] r = new int[n];
        /*排序,从后向前(维持稳定性)遍历原始a数组*/
        for (int i = n-1;i >= 0;i--){
            int index = c[a[i]] - 1;
            r[index] = a[i];
            c[a[i]]--;
        }
        for (int i = 0;i < n;i++){
            a[i] = r[i];
        }
    }
}
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