本文介绍并实现了Java中的几种排序算法，包括冒泡排序、插入排序等，并针对这些算法进行了改进和扩展，如双向冒泡排序、奇偶排序及在插入排序基础上实现数据去重。
《Java数据结构和算法》第二版 Robert lafore 编程作业 第三章
/*
3.1 bubbleSort.java程序（清单3.1）和BubbleSort专题applet中，in索引变量都是从左到
右移动的，直到找到最大数据项并把它移动到右边的out变量外。修改bubbleSort()方法，
使它成为双向移动的。这样，in索引先像以前一样，将最大的数据项从左移到右，当它到
达out变量位置时，它掉头并把最小的数据项从右移到左。需要两个外部索引变量，一个在
右边（以前的out变量），另一个在左边。
3.2 在isertSort.java程序(清单3.3)中给ArrayIns类加一个median()方法.这个方法将返回
数组的中间值.(回忆一下,数组中一半数据项比中间值大,一半数据项比中间值小。)
3.3 在insertSort.java程序（清单3.3）中增加一个名为noDups()的方法，这个方法从已经有
序的数组中删掉重复的数据项而不破坏有序性。（可以用insertionSort()方法对数据排序，
或者也可以简单地用main()方法将数据有序地插入到表中。）一种解决方法是每发现一个重
复的数据，就从这个位置开始到数组结尾都向前移动一个位置，但这样就导致消耗很长的
O(N2)的时间级，起码在有很多重复数据项的情况下是这样的。在设计的算法中，不论有多
少重复数据，要确保数据项最多只能移动一次。这样算法只消耗O(N)数量级的时间。
3.4 还有一种简单排序算法是奇偶排序。它的思路是在数组中重复两趟扫描。第一趟扫描选择所有
的数据项对，a[j]和a[j+1]，j是奇数(j=1,3,5,……)。如果它们的关键字的值次序颠倒，就交
换它们。第二趟扫描对所有的偶数数据项进行同样的操作（j=2,4,6,……）。重复进行这样两趟
的排序直到数组全部有序。用oddEvenSort()方法替换bubbleSort.java程序（清单3.1）中的
bubbleSort()方法。确保它可以在不同数据量的排序中运行，还需要算出两趟扫描的次数。奇
偶排序实际上在多处理器环境中很有用，处理器可以分别同时处理每一个奇数对，然后又同时
处理偶数对。因为奇数对是彼此独立的，每一对都可以用不同的处理器比较和交换。这样可以非
常快速地排序。
3.5 修改insertSort.java程序（清单3.3）中的insertionSort()方法，使它可以计算排序过
程中复制和比较的次数并显示出总数。为计算比较的次数，要把内层while循环的两个条件分开。
用这个程序测量各种数量的逆序数据排序的复制和比较次数。结果满足O(N2)吗？与已经基本有
序的数据（仅有很少的数据无序）的情况一样吗？从对基本有序数据排序的表现中可得出关于这
个算法效率的什么结论？
3.6 有一个有趣的方法用来删除数组中相同的数据项。插入排序算法中用一个循环嵌套算法，将
数组中的每一个数据项与其他数据项一一比较。如果要删除相同的数据项，可以这样做（参见第
2章第2.6小节）。修改insertSort.java中的insertionSort()方法，使它可以在排序过程中
删除相同的数据项。方法如下：当找到一个重复数据项的时候，通常用一个小于任何值的关键值
来改写这个相同数据项（如果所有值都是正数，则可取-1）。于是，一般的插入排序算法就会像
处理其他数据项一样，来处理这个修改了关键值的数据项，把它移到下标为0的位置。从现在开
始，算法可以忽略这个数据项。下一个相同的数据项将被移到下标为1的位置，依此类推。排序
完成后，所有相同的数据项（现在关键值为-1）都在数组的开头部分。可以改变数组的容量并
把需要的数据前移动数组下标为0的位置。
*/
package chap03;
// bubbleSort.java
// demonstrates bubble sort
// to run this program: C>java BubbleSortApp
////////////////////////////////////////////////////////////////
class ArrayBub {
private long[] a; // ref to array a
private int nElems; // number of data items
// --------------------------------------------------------------
public ArrayBub(int max) // constructor
{
a = new long[max]; // create the array
nElems = 0; // no items yet
}
// --------------------------------------------------------------
public void insert(long value) // put element into array
{
a[nElems] = value; // insert it
nElems++; // increment size
}
// --------------------------------------------------------------
public void display() // displays array contents
{
for (int j = 0; j < nElems; j++)
// for each element,
System.out.print(a[j] + " "); // display it
System.out.println("");
}
// --------------------------------------------------------------
public void bubbleSort() {
int out, in;
for (out = nElems - 1; out > 0; out--)
// outer loop (backward) //这里必须是 out > 0 如果是 > 1的话，4321 会排成 2134
for (in = 0; in < out; in++)
// inner loop (forward)
if (a[in] > a[in + 1]) // out of order?
swap(in, in + 1); // swap them
} // end bubbleSort()
// --------------------------------------------------------------
// ==============================================================
// 编程作业3.1 P78(97)
public void bubbleSort1() {
int leftout = 0, rightout = nElems - 1, in; // leftout,rightout为左右两端指针
for (; rightout > leftout; rightout--, leftout++) {
for (in = leftout + 1; in < rightout; in++)
if (a[in] > a[in + 1])
swap(in, in + 1);
for (in = rightout - 1; in > leftout; in--)
if (a[in] < a[in - 1])
swap(in, in - 1);
}
}
// ==============================================================
// 编程作业3.4 P79(98)
// 奇偶排序的过程如下
// 初始序列 4 3 2 1
// 第1次
// i为偶数比较 (4,3)和(2,1)对
// 结果为 3 4 1 2
// i为奇数比较 (4,1)对
// 结果为 3 1 4 2
// 第2次
// i为偶数比较 (3,1)和(4,2)对
// 结果为1 3 2 4
// i为奇数比较 (3,2)对
// 结果为1 2 3 4
// 第3次
// i为偶数比较 (1,2)和(3,4)对
// 结果为1 2 3 4
// i为奇数比较(2,3)
// 结果为1 2 3 4
// 此次比较没有交换，所以排序结束
public void oddEvenSort() {
boolean change = true;
while (change) {// 当不再有交换时，排序完成
change = false;
for (int i = 0; i < nElems - 1; i += 2) { // i为偶数
if (a[i] > a[i + 1]) {
swap(i, i + 1);
change = true;
}
}
for (int i = 1; i < nElems - 1; i += 2) { // i为奇数
if (a[i] > a[i + 1]) {
swap(i, i + 1);
change = true;
}
}
}
}
// ==============================================================
// 使用一个独立的方法不一定好，因为方法调用会增加一些额外的消耗。自己的程序里将交
// 换操作这段代码直接放到程序中。
private void swap(int one, int two) {
long temp = a[one];
a[one] = a[two];
a[two] = temp;
}
// --------------------------------------------------------------
} // end class ArrayBub
// //////////////////////////////////////////////////////////////
public class BubbleSortApp {
public static void main(String[] args) {
int maxSize = 100; // array size
ArrayBub arr; // reference to array
arr = new ArrayBub(maxSize); // create the array
arr.insert(77); // insert 10 items
arr.insert(99);
arr.insert(44);
arr.insert(55);
arr.insert(22);
arr.insert(88);
arr.insert(11);
arr.insert(00);
arr.insert(66);
arr.insert(33);
arr.display(); // display items
arr.bubbleSort(); // bubble sort them
arr.display(); // display them again
// ======================================
// 编程作业3.1 P78(97)
arr = new ArrayBub(maxSize); // create the array
arr.insert(4);
arr.insert(3);
arr.insert(2);
arr.insert(1);
arr.display(); // display items
arr.bubbleSort1(); // bubble sort them
arr.display(); // display them again
// ======================================
// //编程作业3.4 P79(98)
ArrayBub arr1 = new ArrayBub(maxSize);
arr1.insert(8);
arr1.insert(7);
arr1.insert(6);
arr1.insert(5);
arr1.display();
arr1.oddEvenSort(); // 奇偶排序
arr1.display();
// ======================================
} // end main()
} // end class BubbleSortApp
// //////////////////////////////////////////////////////////////
package chap03;
// insertSort.java
// demonstrates insertion sort
// to run this program: C>java InsertSortApp
//--------------------------------------------------------------
class ArrayIns {
private long[] a; // ref to array a
private int nElems; // number of data items
// --------------------------------------------------------------
public ArrayIns(int max) // constructor
{
a = new long[max]; // create the array
nElems = 0; // no items yet
}
// --------------------------------------------------------------
public void insert(long value) // put element into array
{
a[nElems] = value; // insert it
nElems++; // increment size
}
// --------------------------------------------------------------
public void display() // displays array contents
{
for (int j = 0; j < nElems; j++)
// for each element,
System.out.print(a[j] + " "); // display it
System.out.println("");
}
// --------------------------------------------------------------
public void insertionSort() {
int in, out;
for (out = 1; out < nElems; out++) // out is dividing line
{
long temp = a[out]; // remove marked item
in = out; // start shifts at out
while (in > 0 && a[in - 1] >= temp) // until one is smaller,//这里 a[in-1]= temp的时候，可以不用移动,可以改成 a[in-1] > temp
{
a[in] = a[in - 1]; // shift item to right
--in; // go left one position
}
a[in] = temp; // insert marked item
} // end for
} // end insertionSort()
// --------------------------------------------------------------
// ==========================================================
// 编程作业3.5 P79(98)
public int insertionSort1() {
int in, out;
int compare = 0; // 比较次数
int copy = 0; // 复制次数
for (out = 1; out < nElems; out++) // out is dividing line
{
long temp = a[out]; // remove marked item
in = out; // start shifts at out
while (in > 0) // until one is smaller,
{
if (a[in - 1] > temp) {
a[in] = a[in - 1]; // shift item to right
--in; // go left one position
compare++;
copy++;
} else {
compare++;
break;
}
}
a[in] = temp; // insert marked item
} // end for
return compare + copy;
} // end insertionSort()
// ==========================================================
// 编程作业3.6 P79(98)
public void insertionSort2() {
int in, out, count = 0;
for (out = 1; out < nElems; out++) // out is dividing line
{
long temp = a[out]; // remove marked item
in = out; // start shifts at out
while (in > 0 && a[in - 1] >= temp && a[in - 1] != -1) // until one is smaller,
{
if (a[in - 1] == temp) {
temp = -1;
count++;
}
a[in] = a[in - 1]; // shift item to right
--in; // go left one position
}
a[in] = temp; // insert marked item
} // end for
nElems -= count;
for (int i = 0; i < nElems; i++) {
a[i] = a[i + count]; // 把排好序的元素向前移动count个位置
}
} // end insertionSort()
// ===========================================================
// 编程作业3.2 P78(97) //数组的中间值，到底是位置上的中间，还是大小上的中间？
public long median() {
this.insertionSort(); // 先排序，再取中间值 //这个中间值是大小上的中间值.
return a[nElems / 2];
}
// ===========================================================
// 编程作业3.3 P78(97)
// 方法一
public void noDups() {
this.insertionSort();// 先排序
int holenumber = 0;
final int FLAG = -1; // 标记为空，假设用户不会输入负数
for (int i = 0; i < nElems; i++) { // 把重复的都标记出来
for (int j = i + 1; j < nElems; j++) {// 从i+1开始
if (a[i] == a[j] && a[j] != FLAG) {
a[j] = FLAG;
holenumber++;
}
}
}
int firsthole = -1; // 第一个空位的索引
for (int i = 0; i < nElems; i++) {
if (a[i] == FLAG && firsthole == -1) { // 遇到第一个空位时,则这个空位为firsthole
firsthole = i;
} else if (a[i] != FLAG && firsthole != -1) {// 当有空位时，遇到一个非空值，就把这个非空值复制到firsthole的位置
a[firsthole++] = a[i]; // 同时，firthole++，空位往后移一位
}
}
nElems -= holenumber;
}
// 方法二
public void noDups1() {
this.insertionSort();// 先排序
long NIL = Long.MIN_VALUE; // 标志位
for (int i = 0; i < nElems - 1; i++) {
if (a[i] == a[i + 1]) {
a[i] = NIL; // NIL为标志位，相当于楼主的-1，使用的是Long.MIN_VALUE
}
}
int order = 0;
for (int temp = 0; temp < nElems;) {
if (a[temp] != NIL) {// 因为a[0]不可能等于NIL所以才可以用这种方法
if (temp > order) {
a[order] = a[temp];
}
temp++;
order++;
} else
temp++;
}
nElems = order;
}
// ===========================================================
} // end class ArrayIns
// //////////////////////////////////////////////////////////////
public class InsertSortApp {
public static void main(String[] args) {
int maxSize = 100; // array size
ArrayIns arr; // reference to array
arr = new ArrayIns(maxSize); // create the array
arr.insert(77); // insert 10 items
arr.insert(99);
arr.insert(44);
arr.insert(55);
arr.insert(22);
arr.insert(88);
arr.insert(11);
arr.insert(00);
arr.insert(66);
arr.insert(33);
arr.display(); // display items
arr.insertionSort(); // insertion-sort them
arr.display(); // display them again
// ======================================
// 插入4321
arr = new ArrayIns(maxSize); // create the array
arr.insert(4);
arr.insert(3);
arr.insert(2);
arr.insert(1);
arr.display(); // display items
arr.insertionSort(); // insertion-sort them
arr.display(); // display them again
// ======================================
// 编程作业3.3 P78(97)
arr = new ArrayIns(maxSize); // create the array
arr.insert(2);
arr.insert(3);
arr.insert(4);
arr.insert(3);
arr.insert(3);
arr.insert(1);
arr.insert(2);
arr.insert(1);
arr.insert(1);
arr.insert(1);
System.out.println("插入重复值后：");
arr.display();
arr.noDups();
System.out.println("删除重复值后：");
arr.display();
// ======================================
// 编程作业3.5 P79(98)
arr = new ArrayIns(maxSize); // create the array
int count;
for (int i = 19; i >= 0; i--) {// 初始化为逆序数组
arr.insert(i);
}
arr.insert(19);
arr.insert(9);
arr.insert(0);
arr.display();
count = arr.insertionSort1();
arr.display();
System.out.println("逆序数组比较复制总数:" + count); // 满足O(N^2)
arr = new ArrayIns(maxSize); // create the array
for (int i = 0; i <= 19; i++) {// 初始化为顺序数组
arr.insert(i);
}
arr.insert(19);
arr.insert(9);
arr.insert(0);
arr.display();
count = arr.insertionSort1();
arr.display();
System.out.println("顺序数组比较复制总数:" + count); // 满足O(N)
// ======================================
// 编程作业3.6 P79(98)
arr = new ArrayIns(maxSize); // create the array
arr.insert(2);
arr.insert(3);
arr.insert(4);
arr.insert(3);
arr.insert(3);
arr.insert(1);
arr.insert(2);
arr.insert(1);
arr.insert(1);
arr.insert(1);
System.out.println("插入重复值后：");
arr.display();
arr.insertionSort2();
System.out.println("删除重复值后：");
arr.display();
// ======================================
} // end main()
} // end class InsertSortApp
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