Java实现常用排序算法

排序算法是计算机科学中一个基本的问题，它是将一组数据按照一定的顺序进行排列的过程。排序算法有多种实现方法，如冒泡排序、插入排序、选择排序、快速排序、归并排序等。本文将从多个方面介绍Java实现常用排序算法。

一、排序算法介绍

排序算法是解决全序问题的基本方法，也是大多数语言和框架中的基础工具。排序算法的目的是将一组无序的数据按照一定的顺序排列，使得之后的查找和处理更加高效。如果数据量较小，复杂度不是一个大问题，但如果数据量过大，对于性能和空间的要求会十分苛刻。一般来说，需要在时间和空间之间取得折中，使得排序算法在保证数据有序的同时，对性能和空间的消耗稍微平衡一些。

二、常用排序算法及其实现

1. 冒泡排序

冒泡排序是最基础的排序算法之一，它的基本思想是将数组中的相邻两个元素进行比较，如果左边的元素大于右边的元素，就将它们两者交换，直到所有元素都排序完成为止。该算法的时间复杂度为O(n^2)，稳定性较好。

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

2. 插入排序

插入排序是将数组中元素一个一个插入到已排序的数组中去，比较适合数据量较小的情况。它的时间复杂度为O(n^2)，稳定性较好。

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

3. 选择排序

选择排序是以选择的方式排列数组，每一轮循环选择出一个最小的元素，并将其放在数组的最前面作为已排序的部分。该算法的时间复杂度为O(n^2)，稳定性较差。

public static 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[minIndex];
            arr[minIndex] = arr[i];
            arr[i] = temp;
        }
    }
}

4. 快速排序

快速排序是一种较快的排序算法，基于分治思想，具有时间复杂度比较快的优点。

public static void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
    if (low < high) {
        int partitionIndex = getPartitionIndex(arr, low, high);
        quickSort(arr, low, partitionIndex - 1);
        quickSort(arr, partitionIndex + 1, high);
    }
}

public static int getPartitionIndex(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;
}

5. 归并排序

归并排序是一种递归排序算法，将数组分成两个部分，分别对两个子数组排序再将两个子数组合并成一个有序的数组。该算法的时间复杂度最好情况下为O(nlogn)，稳定性较好。

public static 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);
    }
}

public static void merge(int[] arr, int left, int mid, int right) {
    int[] temp = new int[right - left + 1];
    int i = left;
    int j = mid + 1;
    int 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++];
    }
    for (int p = 0; p < temp.length; p++) {
        arr[left + p] = temp[p];
    }
}

三、总结

Java实现常用排序算法是理解排序算法和算法训练的重要部分。在本文中，我们介绍了五种常用的排序算法，包括冒泡排序、插入排序、选择排序、快速排序和归并排序。每种算法都有其特点和应用场景。在实际应用中，我们需要结合选用的算法特征和数据量选择具体的排序算法。