Java实现的常见排序算法详解

排序算法是计算机科学中的一个重要概念，是许多应用程序的核心部分。在日常生活和工作中，我们经常需要对数据进行排序，例如排列名单、对数值进行排序等。Java作为一种广泛使用的编程语言，提供了许多内置的排序算法。本文将详细介绍Java中实现的常见排序算法。

1.冒泡排序（Bubble Sort）

冒泡排序是最简单但最慢的排序算法之一。它遍历整个数组，比较相邻的元素并一步一步向右移动较大的值，最终将最大的元素移至数组末尾。这个过程类似于气泡从水底升至水面的过程，因此得名冒泡排序。

下面是Java实现的冒泡排序算法：

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

时间复杂度： O(n^2)

2.选择排序（Selection Sort）

选择排序是另一种简单的排序算法，它不断选择未排序的最小的元素，并将其移动到已排序部分的末尾。选择排序和冒泡排序类似，但其不需要在每一次迭代中不断交换元素，从而使得其速度更快。

下面是Java实现的选择排序算法：

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

时间复杂度： O(n^2)

3.插入排序（Insertion Sort）

插入排序是一种更高效的排序算法，它在已经排好序的数组中查找位置，并将未排序的元素插入到正确的位置。由于交换次数较少，插入排序适用于较小的数据集。

下面是Java实现的插入排序算法：

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;
        while (j >= 0 && arr[j] > key) {
            arr[j + 1] = arr[j];
            j--;
        }
        arr[j + 1] = key;
    }
}

时间复杂度： O(n^2)

4.快速排序（Quick Sort）

快速排序是一种高效的排序算法，它利用分治思想将数组拆分为较小的子数组，然后通过递归将子数组排序，并将它们合并以构成最终排序结果。快速排序的关键在于选择中间元素并按照大小排序。

下面是Java实现的快速排序算法：

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

public static int partition(int[] arr, int low, int high) {
    int pivot = arr[high];
    int i = low - 1;
    for (int j = low; j < high; j++) {
        if (arr[j] < pivot) {
            i++;
            int temp = arr[i];
            arr[i] = arr[j];
            arr[j] = temp;
        }
    }
    int temp = arr[i + 1];
    arr[i + 1] = arr[high];
    arr[high] = temp;
    return i + 1;
}

时间复杂度： O(n log n)

5.归并排序（Merge Sort）

归并排序是另一种常见的排序算法，它利用分治思想将数组拆分为较小的子数组，然后将它们逐个排序并合并以生成最终的排序结果。归并排序通常比快速排序慢，但其稳定性更高。

下面是Java实现的归并排序算法：

public static void mergeSort(int[] arr, int l, int r) {
    if (l < r) {
        int m = (l + r) / 2;
        mergeSort(arr, l, m);
        mergeSort(arr, m + 1, r);
        merge(arr, l, m, r);
    }
}

public static void merge(int[] arr, int l, int m, int r) {
    int n1 = m - l + 1;
    int n2 = r - m;
    int[] L = new int[n1];
    int[] R = new int[n2];
    for (int i = 0; i < n1; i++) {
        L[i] = arr[l + i];
    }
    for (int j = 0; j < n2; j++) {
        R[j] = arr[m + j + 1];
    }
    int i = 0, j = 0;
    int k = l;
    while (i < n1 && j < n2) {
        if (L[i] <= R[j]) {
            arr[k] = L[i];
            i++;
        } else {
            arr[k] = R[j];
            j++;
        }
        k++;
    }
    while (i < n1) {
        arr[k] = L[i];
        i++;
        k++;
    }
    while (j < n2) {
        arr[k] = R[j];
        j++;
        k++;
    }
}

时间复杂度： O(n log n)

结论

上述是Java中常见的排序算法以及它们的实现细节。冒泡排序和选择排序较为简单，但时间复杂度较高；插入排序更快且适用于较小的数据集；快速排序更快但不稳定；归并排序则稳定但速度较慢。在实际使用中，需要根据不同的数据样本和实际需求进行选择。

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