圖解Java排序算法之3種簡單排序

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排序是數據處理中十分常見且核心的操作，雖說實際項目開發中很小幾率會需要我們手動實現，畢竟每種語言的類庫中都有n多種關於排序算法的實現。但是瞭解這些精妙的思想對我們還是大有裨益的。本文簡單溫習下最基礎的三類算法：選擇，冒泡，插入。

先定義個交換數組元素的函數，供排序時調用

/**
     * 交換數組元素
     * @param arr
     * @param a
     * @param b
     */
    public static void swap(int []arr,int a,int b){
        arr[a] = arr[a]+arr[b];
        arr[b] = arr[a]-arr[b];
        arr[a] = arr[a]-arr[b];
    }

簡單選擇排序

簡單選擇排序是最簡單直觀的一種算法，基本思想為每一趟從待排序的數據元素中選擇最小（或最大）的一個元素作為首元素，直到所有元素排完為止，簡單選擇排序是不穩定排序。

在算法實現時，每一趟確定最小元素的時候會通過不斷地比較交換來使得首位置為當前最小，交換是個比較耗時的操作。其實我們很容易發現，在還未完全確定當前最小元素之前，這些交換都是無意義的。我們可以通過設置一個變量min，每一次比較僅存儲較小元素的數組下標，當輪循環結束之後，那這個變量存儲的就是當前最小元素的下標，此時再執行交換操作即可。代碼實現很簡單，一起來看下。

代碼實現

/**
     * 簡單選擇排序
     *
     * @param arr
     */
    public static void selectSort(int[] arr) {
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            int min = i;//每一趟循環比較時，min用於存放較小元素的數組下標，這樣當前批次比較完畢最終存放的就是此趟內最小的元素的下標，避免每次遇到較小元素都要進行交換。
            for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {
                if (arr[j] < arr[min]) {
                    min = j;
                }
            }
            //進行交換，如果min發生變化，則進行交換
            if (min != i) {
                swap(arr,min,i);
            }
        }
    }

簡單選擇排序通過上面優化之後，無論數組原始排列如何，比較次數是不變的；對於交換操作，在最好情況下也就是數組完全有序的時候，無需任何交換移動，在最差情況下，也就是數組倒序的時候，交換次數為n-1次。綜合下來，時間復雜度為O(n2)

冒泡排序

冒泡排序的基本思想是，對相鄰的元素進行兩兩比較，順序相反則進行交換，這樣，每一趟會將最小或最大的元素“浮”到頂端，最終達到完全有序

代碼實現

在冒泡排序的過程中，如果某一趟執行完畢，沒有做任何一次交換操作，比如數組[5,4,1,2,3]，執行瞭兩次冒泡，也就是兩次外循環之後，分別將5和4調整到最終位置[1,2,3,4,5]。此時，再執行第三次循環後，一次交換都沒有做，這就說明剩下的序列已經是有序的，排序操作也就可以完成瞭，來看下代碼　

/**
     * 冒泡排序
     *
     * @param arr
     */
    public static void bubbleSort(int[] arr) {
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            boolean flag = true;//設定一個標記，若為true，則表示此次循環沒有進行交換，也就是待排序列已經有序，排序已然完成。
            for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    swap(arr,j,j+1);
                    flag = false;
                }
            }
            if (flag) {
                break;
            }
        }
    }

根據上面這種冒泡實現，若原數組本身就是有序的（這是最好情況），僅需n-1次比較就可完成；若是倒序，比較次數為 n-1+n-2+…+1=n(n-1)/2，交換次數和比較次數等值。所以，其時間復雜度依然為O(n2）。綜合來看，冒泡排序性能還還是稍差於上面那種選擇排序的。

直接插入排序

直接插入排序基本思想是每一步將一個待排序的記錄，插入到前面已經排好序的有序序列中去，直到插完所有元素為止。

代碼實現

/**
     * 插入排序
     *
     * @param arr
     */
    public static void insertionSort(int[] arr) {
        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            int j = i;
            while (j > 0 && arr[j] < arr[j - 1]) {
                swap(arr,j,j-1);
                j--;
            }
        }
    }

簡單插入排序在最好情況下，需要比較n-1次，無需交換元素，時間復雜度為O(n);在最壞情況下，時間復雜度依然為O(n2)。但是在數組元素隨機排列的情況下，插入排序還是要優於上面兩種排序的。

總結

本文列舉瞭排序算法中最基本的三種算法（簡單選擇，冒泡，插入），這三種排序算法的時間復雜度均為O(n2)，後續會陸續更新其他更高階一些的排序算法，時間復雜度也會逐步突破O(n2），謝謝支持。

本篇文章就到這裡瞭，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關註WalkonNet的更多內容!

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