简单排序算法在 Java 中的实现
引言
排序算法是计算机科学中的基本概念之一。简单排序算法通常用于教学目的，它们易于理解和实现。本文将重点介绍几种简单的排序算法，包括冒泡排序、选择排序和插入排序，并提供 Java 代码示例。最后，我们将通过序列图和旅行图的方式展示排序算法的工作原理。
冒泡排序
冒泡排序（Bubble Sort）是一种简单的排序算法。它通过重复比较相邻的元素并交换它们，直到整个列表有序。时间复杂度为 O(n^2)，不适合大量数据的排序。
冒泡排序的 Java 实现
public class BubbleSort {
public static void bubbleSort(int[] arr) {
int n = arr.length;
boolean swapped;
for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
swapped = false;
for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++) {
if (arr[j] > arr[j + 1]) {
// 交换 arr[j] 和 arr[j + 1]
int temp = arr[j];
arr[j] = arr[j + 1];
arr[j + 1] = temp;
swapped = true;
}
}
// 如果没有元素被交换，数组已排序
if (!swapped) break;
}
}
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
bubbleSort(arr);
System.out.println("排序后的数组:");
for (int num : arr) {
System.out.print(num + " ");
}
}
}
选择排序
选择排序（Selection Sort）是一种简单的排序算法。它通过选择未排序部分的最小元素并将其放到已排序部分的末尾。其时间复杂度也是 O(n^2)。
选择排序的 Java 实现
public class SelectionSort {
public static void selectionSort(int[] arr) {
int n = arr.length;
for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
int minIndex = i;
for (int j = i + 1; j < n; j++) {
if (arr[j] < arr[minIndex]) {
minIndex = j;
}
}
// 交换 arr[i] 和 arr[minIndex]
int temp = arr[minIndex];
arr[minIndex] = arr[i];
arr[i] = temp;
}
}
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
selectionSort(arr);
System.out.println("排序后的数组:");
for (int num : arr) {
System.out.print(num + " ");
}
}
}
插入排序
插入排序（Insertion Sort）是一种简单的排序算法。它通过构建已排序的部分列表，逐渐将未排序的元素插入到正确的位置。时间复杂度为 O(n^2)，但在数据量较小的情况下性能较好。
插入排序的 Java 实现
public class InsertionSort {
public static void insertionSort(int[] arr) {
int n = arr.length;
for (int i = 1; i < n; i++) {
int key = arr[i];
int j = i - 1;
// 移动 arr[0..i-1] 对于比 key 大的元素
while (j >= 0 && arr[j] > key) {
arr[j + 1] = arr[j];
j = j - 1;
}
arr[j + 1] = key;
}
}
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
insertionSort(arr);
System.out.println("排序后的数组:");
for (int num : arr) {
System.out.print(num + " ");
}
}
}
序列图
以下是展示冒泡排序算法的序列图。通过这个图表，我们可以直观地观察到各个元素在排序过程中的交换情况。
sequenceDiagram
participant A as 数组元素
participant B as 比较过程
A->>B: 开始比较第 1 和第 2 个元素
B->>A: 如果第 1 个元素 > 第 2 个元素 交换
A->>B: 继续比较第 2 和第 3 个元素
B->>A: 如果第 2 个元素 > 第 3 个元素 交换
A->>B: 重复比较直到最后一个元素
B->>A: 如果没有交换，结束排序
旅行图
接下来是插入排序算法的旅行图，展示了排序过程中元素的移动轨迹。
journey
title 插入排序过程
section 第一轮
插入键到位置: 1: 用户
插入元素 34: 2: 用户
section 第二轮
插入键到位置: 1: 用户
插入元素 25: 2: 用户
section 第三轮
插入键到位置: 1: 用户
插入元素 22: 2: 用户
section 第四轮
插入键到位置: 1: 用户
插入元素 11: 2: 用户
结论
简单排序算法虽然在效率上存在一些不足，但它们在编程学习过程中提供了值得学习的基础概念。本文介绍了冒泡排序、选择排序和插入排序等算法，并通过代码示例和图表展示了它们的工作原理。希望读者能够从中获得一定的启发，并在实际应用中灵活运用这些算法。
