八大排序算法实践

     对于排序算法，这些年用到的也不多，基本处于拿来用的状态，一直没有花时间稍微深入了解。最近下定决心自己动手写写，加深理解。查看了不少资料，有不少分析的很到位，帮助快速理解，在此感谢！

1、概念理解及实现

package com.demo.algorithm.sort;

/**
 * 排序算法合集
 * @author sheungxin
 *
 */
public class NumberSort {
	
	/**
	 * 插入排序-直接插入排序
	 * 工作原理：构建有序序列，对于未排序的数据，在已排序序列中从后向前扫描，找到相应位置并插入
	 * 参考：http://blog.csdn.net/morewindows/article/details/6665714
	 * @param array
	 * @param asc 0:升序  1:降序
	 */
	public static void straightInsertSort(int[] array,int asc){
		int tmp,n;
		//从第二位元素开始，第一位认为已被排序
		for(int m=1;m<array.length;m++){
			tmp=array[m];
			//在已排序序列中从后向前扫描,若该元素>(<)新元素，将该新元素向后移一位
			for(n=m-1;n>=0&&(asc==1&&tmp>array[n]||asc==0&&tmp<array[n]);n--){
				array[n+1]=array[n];
			}
			//上述循环在该元素<=(>=)新元素或者扫描到首位时结束,将该元素插入在结束位置后面
			array[n+1]=tmp;
		}
		display(array);
	}

	/**
	 * 插入排序-希尔排序，实质就是分组排序，又称缩小增量排序
	 * 工作原理：先将整个待排序元素序列分割成若干个子序列(由相隔某个“增量”元素组成)分别进行直接插入排序，
	 * 		    然后依次缩减增量再进行排序，待整个序列中元素基本有序(增量足够小)时，再进行一次全元素直接插入排序。
	 * 优势：直接插入排序在元素基本有序的情况下，效率最高
	 * 参考：http://blog.csdn.net/morewindows/article/details/6668714
	 * @param array
	 * @param asc 0:升序  1:降序
	 */
	public static void shellSort(int[] array,int asc){
		int len=array.length;
		//依次缩减增量，直到增量为1
		for(int gap=len/2;gap>0;gap/=2){
			//根据步长把待排序元素分为gap组
			for(int i=0;i<gap;i++){
				//分别对每组元素进行直接插入排序，从i开始以增加gap得到一组元素
				for(int j=i+gap;j<len;j+=gap){
					int tmp=array[j];
					int k=j-gap;//上一个节点
					//在已排序序列中从后向前扫描,若该元素>(<)新元素，将该新元素向后移一位
					while(k>=0&&(asc==1&&tmp>array[k]||asc==0&&tmp<array[k])){
						array[k+gap]=array[k];
						k-=gap;//向前扫描，移到下标
					}
					//上述循环在该元素<=(>=)新元素或者扫描到首位时结束,将该元素插入在结束位置后面
					array[k+gap]=tmp;
				}
			}
		}
	    display(array);
	}
	
	/**
	 * 选择排序：简单选择排序
	 * 原理：从无序区中选择一个最小的元素之间放到有序区的最后
	 * 参考：http://blog.csdn.net/morewindows/article/details/6671824
	 * @param array
	 * @param asc 0:升序  1:降序
	 */
	public static void selectSort(int[] array,int asc){
		int tmp,ix;
		for(int i=0;i<array.length;i++){
			ix=i;//最小或最大元素的位置
			//从无序区中选择一个最小或最大的元素的位置
			for(int j=i+1;j<array.length;j++){
				if((asc==0&&array[ix]>array[j])||(asc==1&&array[ix]<array[j])){
					ix=j;
				}
			}
			//交换位置
			if(ix!=i){
				tmp=array[i];
				array[i]=array[ix];
				array[ix]=tmp;
			}
		}
		display(array);
	}
	
	/**
	 * 选择排序：堆排序
	 * 原理：二叉堆近似二叉树，父节点总是大于或等于(小于或等于)任何一个子节点
	 * 参考：http://blog.csdn.net/morewindows/article/details/6709644
	 * 	   http://blog.csdn.net/kimylrong/article/details/17150475
	 * @param array
	 * @param asc 0:升序  1:降序
	 */
	public static void heapSort(int[] array,int asc){
		//构建二叉堆，从最后一个父节点开始
		for(int i=array.length/2-1;i>=0;i--){
			buildHeap(array, array.length, i, asc);
		}
		//使用堆根节点构建有序序列
		for(int i=array.length-1;i>=1;i--){
			//依次把根节点向后交换构建有序序列
			swapArray(array, 0, i);
			//根节点交换位置后，从0，i-1重新构建堆
			buildHeap(array, i, 0, asc);
		}
		display(array);
	}
	
	/**
	 * 构建二叉堆
	 * @param array 二叉堆数组
	 * @param heapSize 二叉堆大小
	 * @param index 当前父节点位置
	 * @param asc 0:升序  1:降序
	 */
	private static void buildHeap(int[] array,int heapSize,int index,int asc){
		//比较父节点、左右叶子节点，找出最大或最小节点位置
		int left = index * 2 + 1;  
        int right = index * 2 + 2; 
		int ix=index;
		if(left<heapSize&&(asc==1&&array[index]>array[left]||asc==0&&array[index]<array[left])){
			ix=left;
		}
		if(right<heapSize&&(asc==1&&array[ix]>array[right]||asc==0&&array[ix]<array[right])){
			ix=right;
		}
		if(ix!=index){
			swapArray(array, index, ix);//交换父节点和叶子节点位置，满足最大/小堆性质
			//递归向下交换，非最下层父节点与叶子节点交换会破坏下层最大/小堆性质
			buildHeap(array, heapSize, ix, asc);
		}
	}
	
	/**
	 * 交换排序：冒泡排序
	 * 参考: http://blog.csdn.net/morewindows/article/details/6657829
	 * @param array
	 * @param asc 0:升序  1:降序
	 */
	public static void bubbleSort(int[] array,int asc){
		for(int i=0;i<array.length;i++){
			for(int j=1;j<array.length-i;j++){
				if((asc==0&&array[j-1]>array[j])||(asc==1&&array[j-1]<array[j])){
					swapArray(array, j-1, j);
				}
			}
		}
		/**有点像交换排序、直接插入排序，交换次数过多
		//从第二个元素开始依次与其左边元素进行比较
		for(int m=1;m<array.length;m++){
			//从左边最远的元素开始比较
			for(int n=0;n<m;n++){
				//满足条件交换位置
				if((asc==0&&array[m]>array[n])
						||(asc==1&&array[m]<array[n])){
					swapArray(array, m, n);
				}
			}
		}**/
		display(array);
	}
	
	/**
	 * 交换排序：快速排序，在同为O(N*logN)的几种排序算法中效率较高，经常被使用
	 * 原理：从元素序列中取一个数作为基准数，左右分别放大于或小于的元素，再对左右区间重复上述操作，直到各区间只有一个数
	 * 参考: http://blog.csdn.net/morewindows/article/details/6684558
	 * @param array
	 * @param asc 0:升序  1:降序
	 */
	public static void quickSort(int[] array,int l,int r,int asc){
		if(l<r){
			int tmp=array[l];//把第一个节点作为基准数，视为第一个空位
			int i=l;
			int j=r;
			//以基准数为标准，左右分别放大于或小于的节点
			while(i<j){
				//寻找右边小于(大于)基准数的节点位置
				while(i<j&&(asc==0&&array[j]>=tmp||asc==1&&array[j]<=tmp)){
					j--;
				}
				//把右边找到的节点放到左边的空位
				array[i]=array[j];
				
				//寻找右边大于(小于)基准数的节点位置
				while(i<j&&(asc==0&&array[i]<=tmp||asc==1&&array[i]>=tmp)){
					i++;
				}
				//把左边找到的节点放到右边的空位
				array[j]=array[i];
			}
			//把基准数放在中间节点
			array[i]=tmp;
			//对中间点左边的元素重复上述操作
			quickSort(array, l, i-1, asc);
			//对中间点右边的元素重复上述操作
			quickSort(array, i+1, r, asc);
		}
		display(array);
	}
	
	/**
	 * 归并排序：将两个(或两个以上)有序表合并成一个新的有序表
	 * 原理：将序列不断拆分，再反向两两合并形成有序序列
	 * 时间复杂度：O(nlogn)
	 * 参考：http://www.cnblogs.com/jingmoxukong/p/4308823.html
	 * @param array
	 * @param l 左指针
	 * @param r 右指针
	 * @param asc 0:升序  1:降序
	 */
	public static void mergeSort(int[] array,int l,int r,int asc){
		//找出中间点，左右拆分为两个序列
		int m=(l+r)/2;
		if(l<r){
			//左边序列，递归拆分直到间隔为0
			mergeSort(array, l, m, asc);
			//右边，递归拆分直到间隔为0
			mergeSort(array, m+1, r, asc);
			//左右归并
			merge(array, l, m, r, asc);
		}
		display(array);
	}
	
	/**
	 * 左右归并为有序集合
	 * @param array
	 * @param l 左指针
	 * @param m 中间指针
	 * @param r 右指针
	 */
	private static void merge(int[] array,int l,int m,int r,int asc){
		int[] tmp=new int[r-l+1];
		int i=l;//左指针
		int j=m+1;//右指针
		int k=0;
		//把较小的数先移到临时数组中
		while(i<=m&&j<=r){
			if(asc==0&&array[i]<array[j]||asc==1&&array[i]>array[j]){
				tmp[k++]=array[i++];
			}else{
				tmp[k++]=array[j++];
			}
		}
		//把左边剩余的数移到数组中
		while(i<=m){
			tmp[k++]=array[i++];
		}
		//把右边剩余的数移到数组中
		while(j<=r){
			tmp[k++]=array[j++];
		}
		//把临时数组中的数覆盖原数组，形成有序集合
		for(k=0;k<tmp.length;k++){
			array[l+k]=tmp[k];
		}
	}
	
	/**
	 * 基数/桶排序：将序列分到有限数量的桶子里，再分别排序
	 * 原理：将序列分到有限数量的桶子里，再分别排序
	 * 时间复杂度：O(nlog(r)m)，r为所采用的基数，m为堆数
	 * 参考：http://www.cnblogs.com/jingmoxukong/p/4308823.html
	 * @param array
	 * @param l 左指针
	 * @param r 右指针
	 * @param asc 0:升序  1:降序
	 */
	public static void radixSort(int[] array,int digit,int asc){
		final int radix=10;//基数，阿拉伯数字0~9，视为10个桶
		int i=0;
		int j=0;
		int[] count=new int[radix];//存放各个桶存放数据的个数
		int[] tmp=new int[array.length];
		//按照从低到高位进行排序
		for(int d=1;d<=digit;d++){
			//置空各个桶的统计数据
			for(i=0;i<radix;i++){
				count[i]=0;
			}
			//根据位数d，统计各个桶存放数据的个数
			for(i=0;i<array.length;i++){
				j=array[i]/((Double)Math.pow(10, d-1)).intValue()%10;//d位上的数据
				count[j]++;
			}
			//把count[i]的值由存放的个数改变了有边界的索引
			for(i=1;i<radix;i++){
				count[i]+=count[i-1];
			}
			//将数据依次装入临时桶里，从右向左扫描
			for(i=array.length-1;i>=0;i--){
				j=array[i]/((Double)Math.pow(10, d-1)).intValue()%10;//d位上的数据
				tmp[count[j]-1]=array[i];//count[j]-1为第J个桶右边界的下标
				count[j]--;//桶j装入数据索引减1
			}
			//按照桶中数据顺序放入原数据序列中
			for(i=0;i<array.length;i++){
				if(d==digit){
					if(asc==0){
						array[i]=tmp[i];
					}else{
						array[i]=tmp[array.length-i-1];
					}
				}else{
					array[i]=tmp[i];
				}
			}
		}
		display(array);
	}
	
	/**
	 * 数组中指定位置的值交换位置
	 * @param array
	 * @param i
	 * @param j
	 */
	private static void swapArray(int[] array,int i,int j){
		array[i]=array[j]^array[i];
		array[j]=array[i]^array[j];
		array[i]=array[i]^array[j];
	}
	
	/**
	 * 输出数组
	 * @param array
	 */
	private static void display(int[] array){
		StringBuilder builder=new StringBuilder("[");
		for(int i=0;i<array.length;i++){
			builder.append(array[i]);
			if(i<array.length-1){
				builder.append(",");
			}else{
				builder.append("]");
			}
		}	
		System.out.println(builder.toString());
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		int[] array=new int[]{11,56,35,62,97,21,36,33,86,81,35};
//		straightInsertSort(array, 0);
//		shellSort(array, 0);
//		selectSort(array, 0);
//		heapSort(array, 0);
//		bubbleSort(array,0);
//		quickSort(array, 0, array.length-1, 0);
//		mergeSort(array, 0, array.length-1,1);
		radixSort(array, 3, 0);
	}

}

2、排序算法对比图

引用

http://blog.csdn.net/hguisu/article/details/7776068

3、选择排序算法准则

    影响排序的因素有很多，平均时间复杂度低的算法并不一定就是最优的。相反，有时平均时间复杂度高的算法可能更适合某些特殊情况。同时，选择算法时还得考虑它的可读性，以利于软件的维护。一般而言，需要考虑的因素有以下四点：
1)、待排序的记录数目n的大小；
2)、记录本身数据量的大小，也就是记录中除关键字外的其他信息量的大小；
3)、关键字的结构及其分布情况；
4)、对排序稳定性的要求。

设待排序元素的个数为n.
1）、当n较大，则应采用时间复杂度为O(nlog2n)的排序方法：快速排序、堆排序或归并排序序。
     a、快速排序：是目前基于比较的内部排序中被认为是最好的方法，当待排序的关键字是随机分布时，快速排序的平均时间最短；
     b、堆排序 ：如果内存空间允许且要求稳定性的；
     c、归并排序：它有一定数量的数据移动，所以我们可能过与插入排序组合，先获得一定长度的序列，然后再合并，在效率上将有所提高。
2）、当n较大，内存空间允许，且要求稳定性 =》归并排序
3）、当n较小，可采用直接插入或直接选择排序。
     a、直接插入排序：当元素分布有序，直接插入排序将大大减少比较次数和移动记录的次数；
     b、直接选择排序 ：元素分布有序，如果不要求稳定性，选择直接选择排序
4）、一般不使用或不直接使用传统的冒泡排序。
5）、基数排序：它是一种稳定的排序算法，但有一定的局限性：
     a、关键字可分解；
     b、记录的关键字位数较少，如果密集更好；
     c、如果是数字时，最好是无符号的，否则将增加相应的映射复杂度，可先将其正负分开排序。

引用

http://blog.csdn.net/hguisu/article/details/7776068