所谓排序。就是使一串记录,依照当中的某个或某些keyword的大小。递增或递减的排列起来的操作。

常见的排序算法有选择排序,插入排序,希尔排序,归并排序和高速排序

因为在排序的过程中不可避免的要涉及到比較和交换,所以将他们抽取为两个单独的函数,例如以下所看到的

//为了排序代码的通用性,这里假定待排序的元素实现了Comparable接口
private static boolean less(Comparable v ,Comparable w){
return v.compareTo(w)<0;
}
private static void exch(Comparable[] a ,int i,int j){
Comparable t = a[i];a[i] = a[j]; a[j] = t;
}


选择排序

算法思想:首先。找到数组中最小的那个元素。然后将其和数组中第一个元素交换位置。

再从剩下的元素中找到最小的元素。将其和数组中的第二个元素交换位置,如此这般,直到整个数组所有有序。

算法特点:1.执行时间和输入无关。无论输入的数据是一个已经有序的数组,或者是一个随机的数组,其所须要的比較次数是一样的。

2.数组的移动是最少的。

因为每一次都是选择一个最小的元素然后交换其位置。所以每次交换都能排定一个元素,因此总的交换次数是N。

public static void selectionSort(Comparable[] a){
int N= a.length;
for(int i=0;i<N;i++){
int min =i; //假定第一个数为最小
for(int j=i+1;j<N;j++)
if(less(a[j],a[min]))
min = j; //获取最小元素的下标
exch(a,i,min); //交换位置
}
}


插入排序

算法思想:首先。假定数组中第一个元素是有序的,然后将第二个元素插入到前面有序数组的合适位置,组成一个新的有序数组,再将第三个元素插入到前面的有序数组中,如此这般,知道数组总体有序。

算法特点:执行时间和初始输入有关。假设初始输入的数据已经有序或者部分有序的时候。插入排序的性能会比較好。

public static void insertionSort(Comparable[] a){
int N = a.length;
for(int i=1;i<N;i++){ //待插入的元素下标
for(int j=i;j>0;j--) //在前面有序的数组中寻找合适的插入位置
if(less(a[j],a[j-1]))
exch(a, j, j-1);
}
}


希尔排序

算法思想:希尔排序的思想是使数组中随意间隔为h的元素都是有序的,这种数组被称之为h-有序数组。我们不断降低h的值,使其终于变为一个1-有序数组。

1-有序数组,也就是数组总体有序,这样排序就算完毕了。

希尔排序最难的地方在于h序列的选择。眼下还没有方法证明某一种序列是最好的。

public static void sort(Comparable[] a){
int N = a.length;
int h = 1; //用来记录步长
while(h<N/3) h=3*h+1; //步长为1,4,13,40……
while(h>=1){
for(int i=h;i<N;i++)
for(int j=i;j>=h;j-=h) //将a[i]插入到a[i-h],a[i-2*h],a[i-3*h]……之中
if(less(a[j],a[j-h]))
exch(a,j,j-h);
h=h/3; //将前面记录的步长反过来。终于使其为1-有序数组
}
}


归并排序

算法思想:要将一个数组进行排序,能够递归的将其分为两半分别进行排序,最后将结果归并起来,使其总体有序。

归并排序基于算法设计中的分治思想。我们将一个大问题分解成小问题分别解决。然后用全部小问题的答案来解决整个大问题。

算法特点:1.随意长度为N的数组排序所需的时间和NlogN成正比。

这个能够通过归并排序的排序树得到

2.它所须要的额外空间和N成正比。由于归并过程中须要一个长度为N的辅助数组。

private static Comparable[] temp; //辅助数组。定义为类的成员变量
public static void mergeSort(Comparable[] a){
temp = new Comparable[a.length];
sort(a,0,a.length-1);
}
//将数组a[lo..hi]进行排序
private static void sort(Comparable[] a,int lo ,int hi){
if(lo>=hi) return;
int mid = lo+(hi-lo)/2;
sort(a,lo,mid);//递归的对左边进行排序
sort(a,mid+1,hi); //递归的对右边进行排序
merge(a,lo,mid,hi); //合并左右两边
}
//将两个有序的数组a[lo..mid]和a[mid+1..hi]合并为一个有序的数组,用到一个辅助数组temp
public static void merge(Comparable[] a,int lo,int mid,int hi){
int i=lo,j=mid+1;
for(int k=lo;k<=hi;k++) //将数组a拷贝到辅助数组temp中
temp[k] = a[k];
for(int k=lo;k<=hi;k++)
if(i>mid) a[k]=temp[j++]; //左半边取尽,直接复制右半边剩余的元素到数组中
else if(j>hi) a[k] = temp[i++]; //右半边取尽,直接复制左半边剩余的元素到数组中
else if(less(temp[j],temp[i])) a[k]=temp[j++]; //右半边的当前元素比左半边的当前元素小,取右半边
else a[k]=temp[i++]; //左半边的当前元素比右半边的当前元素小,取左半边
}


高速排序

算法思想:高速排序是一种基于分治的排序算法。

它通过一种划分,将一个数组划分为两个字数组。并将两个字数组独立的进行排序。

public static void sort(Comparable[] a){
sort(a,0,a.length-1);
}
private static void sort(Comparable[] a,int lo, int hi){
if(hi<=lo) return ;
int j = partition(a, lo, hi); //切分
sort(a,lo,j-1); //左半部分排序
sort(a,j+1,hi); //右半部分排序
}
private static int partition(Comparable[] a,int lo,int hi){
int i=lo,j=hi+1; //左右扫描指针
Comparable v = a[lo]; //切分元素。该元素完毕切分后位置将固定并返回
while(true){ //循环扫描左右指针
while(less(a[++i],v)) if(i==hi) break;
while(less(v,a[--j])) if(j==lo) break;
if(i>=j) break;
exch(a,i,j);
}
exch(a,lo,j); //将v=a[j]放入正确位置
return j; //返回切分元素所在的位置
}


在待排序的文件里,若存在多个keyword同样的记录,经过排序后这些具有同样keyword的记录之间的相对次序保持不变,该排序方法是稳定的。若具有同样keyword的记录之间的相对次序发生改变,则称这样的排序方法是不稳定的。



排序法



 平均时间



最差情形



稳定度



额外空间



备注



选择



 O(n2)



 O(n2)



不稳定



O(1)



n小时较好



插入



 O(n2)



 O(n2)



稳定



O(1)



大部分已排序时较好



Shell



O(nlogn)



O(ns) 1<s<2



不稳定



O(1)



s是所选分组



高速



O(nlogn)



O(n2)



不稳定



O(nlogn)



n大时较好



归并



O(nlogn)



O(nlogn)



稳定



O(1)



n大时较好



本算法过程仅仅注重实现,并没实用栈等机制消除递归,