JAVA排序汇总

常用排序算法的实例，包括了冒泡、选择、插入、快速排序算法，通过这个测试程序可以比较几种算法的性能优劣，同时也要注意递归处理对于线程栈空间的消耗。

 

import java.util.Random;

/**
 * 
 * 排序测试类
 * 
 * vm arguments: -Xms512m -Xmx512m -Xss5m
 * 
 * 
 * 
 * 排序算法的分类如下：
 * 
 * 1.插入排序（直接插入排序、折半插入排序、希尔排序）；
 * 
 * 2.交换排序（冒泡泡排序、快速排序）；
 * 
 * 3.选择排序（直接选择排序、堆排序）；
 * 
 * 4.归并排序；
 * 
 * 5.基数排序。
 * 
 * 
 * 
 * 关于排序方法的选择：
 * 
 * (1)若n较小(如n≤50)，可采用直接插入或直接选择排序。
 * 
 * 　当记录规模较小时，直接插入排序较好；否则因为直接选择移动的记录数少于直接插人，应选直接选择排序为宜。
 * 
 * (2)若文件初始状态基本有序(指正序)，则应选用直接插人、冒泡或随机的快速排序为宜；
 * 
 * (3)若n较大，则应采用时间复杂度为O(nlgn)的排序方法：快速排序、堆排序或归并排序。
 * 
 * 
 */

public class TestSort {

	/**
	 * 
	 * 初始化测试数组的方法
	 * 
	 * @return 一个初始化好的数组
	 */

	public int[] createArray() {
		Random random = new Random();

		int[] array = new int[100000];
		for (int i = 0; i < 100000; i++) {
			array[i] = random.nextInt(100000) - random.nextInt(100000);// 生成两个随机数相减，保证生成的数中有负数
		}

		System.out.println("\n\n==========原始序列==========");
		//printArray(array);
		return array;
	}

	/**
	 * 
	 * 打印数组中的元素到控制台
	 * 
	 * @param source
	 */

	public void printArray(int[] data) {
		for (int i : data) {
			System.out.print(i + " ");
		}
		
		System.out.println();
	}

	/**
	 * 
	 * 交换数组中指定的两元素的位置
	 * 
	 * @param data
	 * @param x
	 * @param y
	 */
	private void swap(int[] data, int x, int y) {
		int temp = data[x];
		data[x] = data[y];
		data[y] = temp;
	}

	/**
	 * 
	 * 冒泡排序----交换排序的一种
	 * 
	 * 方法：相邻两元素进行比较，如有需要则进行交换，每完成一次循环就将最大元素排在最后（如从小到大排序），下一次循环是将其他的数进行类似操作。
	 * 性能：比较次数O(n^2),n^2/2；交换次数O(n^2),n^2/4
	 * 
	 * @param data
	 *            要排序的数组
	 * @param sortType
	 *            排序类型
	 * 
	 * @return
	 */

	public void bubbleSort(int[] data, String sortType) {

		if (sortType.equals("asc")) {// 正排序，从小排到大
			long startTime = System.currentTimeMillis();
			// 比较的轮数
			for (int i = 1; i < data.length; i++) {

				// 将相邻两个数进行比较，较大的数往后冒泡
				for (int j = 0; j < data.length - i; j++) {

					if (data[j] > data[j + 1]) {
						// 交换相邻两个数
						swap(data, j, j + 1);
					}
				}
			}
			System.out.println("~~~~~~~~~~ elapsed time : "+ String.valueOf(System.currentTimeMillis() - startTime));

		} else if (sortType.equals("desc")) { // 倒排序，从大排到小

			long startTime = System.currentTimeMillis();
			// 比较的轮数
			for (int i = 1; i < data.length; i++) {

				// 将相邻两个数进行比较，较小的数往后冒泡
				for (int j = 0; j < data.length - i; j++) {
					if (data[j] < data[j + 1]) {
						// 交换相邻两个数
						swap(data, j, j + 1);
					}
				}
			}
			System.out.println("~~~~~~~~~~ elapsed time : "+ String.valueOf(System.currentTimeMillis() - startTime));

		} else {
			System.out.println("您输入的排序类型错误！");
		}

		//printArray(data);// 输出冒泡排序后的数组值
	}

	/**
	 * 
	 * 直接选择排序法----选择排序的一种
	 * 
	 * 方法：每一趟从待排序的数据元素中选出最小（或最大）的一个元素， 顺序放在已排好序的数列的最后，直到全部待排序的数据元素排完。
	 * 
	 * 性能：
	 * 比较次数O(n^2),n^2/2 
	 * 交换次数O(n),n
	 * 
	 * 交换次数比冒泡排序少多了，由于交换所需CPU时间比比较所需的CUP时间多，所以选择排序比冒泡排序快。
	 * 但是N比较大时，比较所需的CPU时间占主要地位，所以这时的性能和冒泡排序差不太多，但毫无疑问肯定要快些。
	 * 
	 * @param data
	 *            要排序的数组
	 * 
	 * @param sortType
	 *            排序类型
	 * 
	 * @return
	 */
	public void selectSort(int[] data, String sortType) {

		if (sortType.equals("asc")) { // 正排序，从小排到大
			
			long startTime = System.currentTimeMillis();
			
			int index;
			for (int i = 1; i < data.length; i++) {
				
				index = 0;
				for (int j = 1; j <= data.length - i; j++) {
					if (data[j] > data[index]) {
						index = j;
					}
				}

				// 交换在位置data.length-i和index(最大值)两个数
				swap(data, data.length - i, index);
			}
			System.out.println("~~~~~~~~~~ elapsed time : "+ String.valueOf(System.currentTimeMillis() - startTime));

		} else if (sortType.equals("desc")) { // 倒排序，从大排到小
			long startTime = System.currentTimeMillis();
			
			int index;
			for (int i = 1; i < data.length; i++) {

				index = 0;
				for (int j = 1; j <= data.length - i; j++) {
					if (data[j] < data[index]) {
						index = j;
					}
				}

				// 交换在位置data.length-i和index(最大值)两个数
				swap(data, data.length - i, index);
			}
			System.out.println("~~~~~~~~~~ elapsed time : "+ String.valueOf(System.currentTimeMillis() - startTime));

		} else {
			System.out.println("您输入的排序类型错误！");
		}

		//printArray(data);// 输出直接选择排序后的数组值
	}

	/**
	 * 
	 * 插入排序
	 * 
	 * 方法：将一个记录插入到已排好序的有序表（有可能是空表）中,从而得到一个新的记录数增1的有序表。
	 * 
	 * 性能：比较次数O(n^2),n^2/4
	 * 
	 * 复制次数O(n),n^2/4
	 * 
	 * 比较次数是前两者的一半，而复制所需的CPU时间较交换少，所以性能上比冒泡排序提高一倍多，而比选择排序也要快。
	 * 
	 * 
	 * 
	 * @param data
	 *            要排序的数组
	 * 
	 * @param sortType
	 *            排序类型
	 */

	public void insertSort(int[] data, String sortType) {

		if (sortType.equals("asc")) { // 正排序，从小排到大

			long startTime = System.currentTimeMillis();
			// 比较的轮数
			for (int i = 1; i < data.length; i++) {

				// 保证前i+1个数排好序
				for (int j = 0; j < i; j++) {
					if (data[j] > data[i]) {

						// 交换在位置j和i两个数
						swap(data, i, j);
					}
				}
			}
			System.out.println("~~~~~~~~~~ elapsed time : "+ String.valueOf(System.currentTimeMillis() - startTime));
			
		} else if (sortType.equals("desc")) { // 倒排序，从大排到小
			
			long startTime = System.currentTimeMillis();
			
			// 比较的轮数
			for (int i = 1; i < data.length; i++) {

				// 保证前i+1个数排好序
				for (int j = 0; j < i; j++) {
					if (data[j] < data[i]) {

						// 交换在位置j和i两个数
						swap(data, i, j);
					}
				}
			}
			System.out.println("~~~~~~~~~~ elapsed time : "+ String.valueOf(System.currentTimeMillis() - startTime));

		} else {
			System.out.println("您输入的排序类型错误！");
		}

		//printArray(data);// 输出插入排序后的数组值
	}

	/**
	 * 
	 * 反转数组的方法
	 * 
	 * @param data
	 *            源数组
	 */
	public void reverse(int[] data) {
		int length = data.length;
		
		int temp = 0;// 临时变量
		for (int i = 0; i < length / 2; i++) {
			temp = data[i];
			data[i] = data[length - 1 - i];
			data[length - 1 - i] = temp;
		}
		
		//printArray(data);// 输出到转后数组的值
	}

	/**
	 * 
	 * 快速排序
	 * 
	 * 快速排序使用分治法（Divide and conquer）策略来把一个序列（list）分为两个子序列（sub-lists）。
	 * 
	 * 步骤为：
	 * 
	 * 1. 从数列中挑出一个元素，称为 "基准"（pivot），
	 * 
	 * 2. 重新排序数列，所有元素比基准值小的摆放在基准前面，所有元素比基准值大的摆在基准的后面（相同的数可以到任一边）。在这个分割之后，
	 * 该基准是它的最后位置。这个称为分割（partition）操作。
	 * 
	 * 3. 递归地（recursive）把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序。
	 * 
	 * 递回的最底部情形，是数列的大小是零或一，也就是永远都已经被排序好了。虽然一直递回下去，但是这个算法总会结束，因为在每次的迭代（iteration）
	 * 中，它至少会把一个元素摆到它最后的位置去。
	 * 
	 * @param data
	 *            待排序的数组
	 * 
	 * @param low
	 * 
	 * @param high
	 * 
	 * @see SortTest#qsort(int[], int, int)
	 * 
	 * @see SortTest#qsort_desc(int[], int, int)
	 */

	public void quickSort(int[] data, String sortType) {

		if (sortType.equals("asc")) { // 正排序，从小排到大
			long startTime = System.currentTimeMillis();
			qsort_asc(data, 0, data.length - 1);
			System.out.println("~~~~~~~~~~ elapsed time : "+ String.valueOf(System.currentTimeMillis() - startTime));

		} else if (sortType.equals("desc")) { // 倒排序，从大排到小
			long startTime = System.currentTimeMillis();
			qsort_desc(data, 0, data.length - 1);
			System.out.println("~~~~~~~~~~ elapsed time : "+ String.valueOf(System.currentTimeMillis() - startTime));
		} else {
			System.out.println("您输入的排序类型错误！");
		}
	}

	/**
	 * 
	 * 快速排序的具体实现，排正序
	 * 
	 * @param data
	 * 
	 * @param low
	 * 
	 * @param high
	 */

	private void qsort_asc(int data[], int low, int high) {
		int i, j, x;

		if (low < high) { // 这个条件用来结束递归
			i = low;
			j = high;
			x = data[i];

			while (i < j) {
				while (i < j && data[j] > x) {
					j--; // 从右向左找第一个小于x的数
				}

				if (i < j) {
					data[i] = data[j];
					i++;
				}

				while (i < j && data[i] < x) {
					i++; // 从左向右找第一个大于x的数
				}

				if (i < j) {
					data[j] = data[i];
					j--;
				}
			}

			data[i] = x;
			qsort_asc(data, low, i - 1);
			qsort_asc(data, i + 1, high);
		}
	}

	/**
	 * 
	 * 快速排序的具体实现，排倒序
	 * 
	 * @param data
	 * 
	 * @param low
	 * 
	 * @param high
	 */

	private void qsort_desc(int data[], int low, int high) {		
		int i, j, x;
		
		if (low < high) { // 这个条件用来结束递归
			i = low;
			j = high;
			x = data[i];

			while (i < j) {
				while (i < j && data[j] < x) {
					j--; // 从右向左找第一个小于x的数
				}

				if (i < j) {
					data[i] = data[j];
					i++;
				}

				while (i < j && data[i] > x) {
					i++; // 从左向右找第一个大于x的数
				}

				if (i < j) {
					data[j] = data[i];
					j--;
				}
			}

			data[i] = x;
			qsort_desc(data, low, i - 1);
			qsort_desc(data, i + 1, high);
			
			//Thread.dumpStack();
		}
	}

	/**
	 * 
	 *二分查找特定整数在整型数组中的位置(递归)
	 * 
	 *查找线性表必须是有序列表
	 * 
	 *@paramdataset
	 * 
	 *@paramdata
	 * 
	 *@parambeginIndex
	 * 
	 *@paramendIndex
	 * 
	 *@returnindex
	 */

	public int binarySearch(int[] dataset, int data, int beginIndex, int endIndex) {		
		int midIndex = (beginIndex + endIndex) >>> 1; // 相当于mid = (low + high) /
														// 2，但是效率会高些

		if (data < dataset[beginIndex] || data > dataset[endIndex] 	|| beginIndex > endIndex)
			return -1;

		if (data < dataset[midIndex]) {
			return binarySearch(dataset, data, beginIndex, midIndex - 1);

		} else if (data > dataset[midIndex]) {
			return binarySearch(dataset, data, midIndex + 1, endIndex);

		} else {
			return midIndex;			
		}	

	}

	/**
	 * 
	 *二分查找特定整数在整型数组中的位置(非递归)
	 * 
	 *查找线性表必须是有序列表
	 * 
	 *@paramdataset
	 * 
	 *@paramdata
	 * 
	 *@returnindex
	 */

	public int binarySearch(int[] dataset, int data) {
		long startTime = System.currentTimeMillis();
		
		int beginIndex = 0;

		int endIndex = dataset.length - 1;

		int midIndex = -1;

		if (data < dataset[beginIndex] || data > dataset[endIndex]

		|| beginIndex > endIndex)

			return -1;

		while (beginIndex <= endIndex) {

			midIndex = (beginIndex + endIndex) >>> 1; // 相当于midIndex =
														// (beginIndex +
														// endIndex) / 2，但是效率会高些

			if (data < dataset[midIndex]) {

				endIndex = midIndex - 1;

			} else if (data > dataset[midIndex]) {

				beginIndex = midIndex + 1;

			} else {

				return midIndex;

			}

		}
		
		System.out.println("~~~~~~~~~~ elapsed time : "+ String.valueOf(System.currentTimeMillis() - startTime));
		return -1;

	}

	public static void main(String[] args) {
		
		TestSort sortTest = new TestSort();
		
		int[] array = sortTest.createArray();
		System.out.println("~~~~~~~~~~冒泡排序后(正序)~~~~~~~~~~");
		sortTest.bubbleSort(array, "asc");
		
		System.out.println("~~~~~~~~~~冒泡排序后(倒序)~~~~~~~~~~");
		sortTest.bubbleSort(array, "desc");
		
		array = sortTest.createArray();
		System.out.println("~~~~~~~~~~倒转数组后~~~~~~~~~~");		
		sortTest.reverse(array);
		
		
		array = sortTest.createArray();
		System.out.println("~~~~~~~~~~选择排序后(正序)~~~~~~~~~~");
		sortTest.selectSort(array, "asc");
		
		System.out.println("~~~~~~~~~~选择排序后(倒序)~~~~~~~~~~");
		sortTest.selectSort(array, "desc");
		
		array = sortTest.createArray();
		System.out.println("~~~~~~~~~~插入排序后(正序)~~~~~~~~~~");
		
		sortTest.insertSort(array, "asc");
		System.out.println("~~~~~~~~~~插入排序后(倒序)~~~~~~~~~~");

		sortTest.insertSort(array, "desc");
		array = sortTest.createArray();

		System.out.println("~~~~~~~~~~快速排序后(正序)~~~~~~~~~~");
		sortTest.quickSort(array, "asc");
		//sortTest.printArray(array);
		
		System.out.println("~~~~~~~~~~快速排序后(倒序)~~~~~~~~~~");
		sortTest.quickSort(array, "desc");
		//sortTest.printArray(array);
		
		System.out.println("~~~~~~~~~~数组二分查找~~~~~~~~~~");
		System.out.println("您要找的数在第" + sortTest.binarySearch(array, 74) + "个位子。（下标从0计算）");
	}

}