Java实现排序算法

排序是计算机科学中一个重要的问题，因为它经常用于数据库查询、数据压缩等应用中。排序算法是将一组数据按照特定规则排列的过程，可以将数组或列表按升序或降序排列。

一、冒泡排序

冒泡排序是最简单但同时也是最低效的算法之一。此算法在每轮比较中，会比较相邻两个元素，如果顺序错误，就交换它们。因为每轮比较都会让一个最大或最小值“浮”到数组的顶端（首位），所以称为冒泡排序。

public void bubbleSort(int[] arr) {
    int temp;
    //外层循环控制排序次数
    for(int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
        //内层循环控制从头到i已有序无需再排序的元素
        for(int j = 0; j < arr.length - i - 1; j++) {
            if(arr[j] > arr[j + 1]) {
                temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
}

二、快速排序

快速排序是一种基于比较的排序算法，通过选取一个基准值（pivot）并通过一趟排序将要排序的数据分割成独立的两部分，左边的小于基准值，右边的大于基准值。然后再按照此方法对这两部分分别进行快速排序，直到整个序列有序。

public void quickSort(int[] arr, int left, int right) {
    if(left < right) {
        int pivot = partition(arr, left, right);
        quickSort(arr, left, pivot - 1);
        quickSort(arr, pivot + 1, right);
    }
}

private int partition(int[] arr, int left, int right) {
    int pivot = arr[left];
    while (left < right) {
        while ((left < right) && (arr[right] >= pivot)) {
            right--;
        }
        arr[left] = arr[right];
        while ((left < right) && (arr[left] <= pivot)) {
            left++;
        }
        arr[right] = arr[left];
    }
    arr[left] = pivot;
    return left;
}

三、归并排序

归并排序是基于分治思想的排序算法，将待排序数组分成左右两部分，分别对左右部分进行归并排序，最后将两个有序部分归并成一个有序数组。归并排序的时间复杂度为O(NlogN)，是十分高效的排序算法。

public void mergeSort(int[] arr, int left, int right) {
    if (left < right) {
        int mid = (left + right) / 2;
        mergeSort(arr, left, mid);
        mergeSort(arr, mid + 1, right);
        merge(arr, left, mid, right);
    }
}

private void merge(int[] arr, int left, int mid, int right) {
    int[] temp = new int[right - left + 1];
    int i = left, j = mid + 1, k = 0;
    while (i <= mid && j <= right) {
        if (arr[i] < arr[j]) {
            temp[k++] = arr[i++];
        } else {
            temp[k++] = arr[j++];
        }
    }
    while (i <= mid) {
        temp[k++] = arr[i++];
    }
    while (j <= right) {
        temp[k++] = arr[j++];
    }
    System.arraycopy(temp, 0, arr, left, temp.length);
}

四、堆排序

堆排序是基于完全二叉树的排序算法，通过构建最大堆或最小堆，将根节点与末节点交换并重新构建堆，可以得到一个有序序列。堆排序的时间复杂度为O(NlogN)，是一种高效的排序算法。

public void heapSort(int[] arr) {
    for (int i = arr.length / 2 - 1; i >= 0; i--) {
        adjustHeap(arr, i, arr.length);
    }
    for (int i = arr.length - 1; i >= 0; i--) {
        swap(arr, 0, i);
        adjustHeap(arr, 0, i);
    }
}

private void adjustHeap(int[] arr, int i, int length) {
    int temp = arr[i];
    for (int k = i * 2 + 1; k < length; k = k * 2 + 1) {
        if (k + 1 < length && arr[k] < arr[k + 1]) {
            k++;
        }
        if (arr[k] > temp) {
            arr[i] = arr[k];
            i = k;
        } else {
            break;
        }
    }
    arr[i] = temp;
}

private void swap(int[] arr, int i, int j) {
    int temp = arr[i];
    arr[i] = arr[j];
    arr[j] = temp;
}

五、选择排序

选择排序是一种简单直观的排序算法，每次从未排序的数据中选择最小（或最大）的元素，放到已排序数据末尾（或开头），以此类推，直到所有数据都排序完毕。此算法的时间复杂度始终为O(N^2)，不适合大规模数据的排序。

public void selectionSort(int[] arr) {
    for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
        int minIndex = i;
        for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {
            if (arr[j] < arr[minIndex]) {
                minIndex = j;
            }
        }
        if (minIndex != i) {
            int temp = arr[i];
            arr[i] = arr[minIndex];
            arr[minIndex] = temp;
        }
    }
}

六、插入排序

插入排序是一种简单直观的排序算法，将数组分为已排序和未排序两部分，每次将未排序部分的第一个元素插入到己排序部分的正确位置。此算法的时间复杂度始终为O(N^2)，不适合大规模数据的排序。

public void insertionSort(int[] arr) {
    for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
        int temp = arr[i];
        int j = i - 1;
        while (j >= 0 && arr[j] > temp) {
            arr[j + 1] = arr[j];
            j--;
        }
        arr[j + 1] = temp;
    }
}

七、总结

七种排序算法分别是冒泡排序、快速排序、归并排序、堆排序、选择排序和插入排序。这些算法各有所长，应根据具体情况进行选择。在实际开发中，建议使用Java集合框架提供的排序方法，如：Collections.sort()方法。