排序算法複習（Java實現）(一）： 插入，冒泡，選擇，Shell,快速排序

排序算法複習（Java實現）(一）： 插入，冒泡，選擇，Shell,快速排序

爲了便於管理，先引入個基礎類：

package algorithms;

/**

 * @author yovn

 *

 */

public abstract class Sorter<E extends Comparable<E>> {

    

    public abstract void sort(E[] array,int from ,int len);

    

    public final void sort(E[] array)

    {

        sort(array,0,array.length);

    }

    protected final void swap(E[] array,int from ,int to)

    {

        E tmp=array[from];

        array[from]=array[to];

        array[to]=tmp;

    }

}

一 插入排序

該算法在數據規模小的時候十分高效，該算法每次插入第K+1到前K個有序數組中一個合適位置，K從0開始到N-1,從而完成排序：

package algorithms;

/**

 * @author yovn

 */

public class InsertSorter<E extends Comparable<E>> extends Sorter<E> {

    /* (non-Javadoc)

     * @see algorithms.Sorter#sort(E[], int, int)

     */

    public void sort(E[] array, int from, int len) {

         E tmp=null;

          for(int i=from+1;i<from+len;i++)

          {

              tmp=array[i];

              int j=i;

              for(;j>from;j--)

              {

                  if(tmp.compareTo(array[j-1])<0)

                  {

                      array[j]=array[j-1];

                  }

                  else break;

              }

              array[j]=tmp;

          }

    }

        

    

}

二 冒泡排序

這多是最簡單的排序算法了，算法思想是每次從數組末端開始比較相鄰兩元素，把第i小的冒泡到數組的第i個位置。i從0一直到N-1從而完成排序。（固然也能夠從數組開始端開始比較相鄰兩元素，把第i大的冒泡到數組的第N-i個位置。i從0一直到N-1從而完成排序。)

package algorithms;

/**

 * @author yovn

 *

 */

public class BubbleSorter<E extends Comparable<E>> extends Sorter<E> {

    private static  boolean DWON=true;

    

    public final void bubble_down(E[] array, int from, int len)

    {

        for(int i=from;i<from+len;i++)

        {

            for(int j=from+len-1;j>i;j--)

            {

                if(array[j].compareTo(array[j-1])<0)

                {

                    swap(array,j-1,j);

                }

            }

        }

    }

    

    public final void bubble_up(E[] array, int from, int len)

    {

        for(int i=from+len-1;i>=from;i--)

        {

            for(int j=from;j<i;j++)

            {

                if(array[j].compareTo(array[j+1])>0)

                {

                    swap(array,j,j+1);

                }

            }

        }

    }

    @Override

    public void sort(E[] array, int from, int len) {

        

        if(DWON)

        {

            bubble_down(array,from,len);

        }

        else

        {

            bubble_up(array,from,len);

        }

    }

    

}

三，選擇排序

選擇排序相對於冒泡來講，它不是每次發現逆序都交換，而是在找到全局第i小的時候記下該元素位置，最後跟第i個元素交換，從而保證數組最終的有序。

相對與插入排序來講，選擇排序每次選出的都是全局第i小的，不會調整前i個元素了。

package algorithms;

/**

 * @author yovn

 *

 */

public class SelectSorter<E extends Comparable<E>> extends Sorter<E> {

    /* (non-Javadoc)

     * @see algorithms.Sorter#sort(E[], int, int)

     */

    @Override

    public void sort(E[] array, int from, int len) {

        for(int i=0;i<len;i++)

        {

            int smallest=i;

            int j=i+from;

            for(;j<from+len;j++)

            {

                if(array[j].compareTo(array[smallest])<0)

                {

                    smallest=j;

                }

            }

            swap(array,i,smallest);

                   

        }

    }

  

}

四 Shell排序

Shell排序能夠理解爲插入排序的變種，它充分利用了插入排序的兩個特色：

1）當數據規模小的時候很是高效

2）當給定數據已經有序時的時間代價爲O(N)

因此，Shell排序每次把數據分紅若個小塊，來使用插入排序，並且以後在這若個小塊排好序的狀況下把它們合成大一點的小塊，繼續使用插入排序，不停的合併小塊，知道最後成一個塊，並使用插入排序。

這裏每次分紅若干小塊是經過「增量」 來控制的，開始時增量交大，接近N/2,從而使得分割出來接近N/2個小塊，逐漸的減少「增量「最終到減少到1。

一直較好的增量序列是2^k-1,2^(k-1)-1,.....7,3,1,這樣可以使Shell排序時間複雜度達到O(N^1.5)

因此我在實現Shell排序的時候採用該增量序列

package algorithms;

/**

 * @author yovn

 */

public class ShellSorter<E extends Comparable<E>> extends Sorter<E>  {

    /* (non-Javadoc)

     * Our delta value choose 2^k-1,2^(k-1)-1,.7,3,1.

     * complexity is O(n^1.5)

     * @see algorithms.Sorter#sort(E[], int, int)

     */

    @Override

    public void sort(E[] array, int from, int len) {

        

        //1.calculate  the first delta value;

        int value=1;

        while((value+1)*2<len)

        {

            value=(value+1)*2-1;

        

        }

    

        for(int delta=value;delta>=1;delta=(delta+1)/2-1)

        {

            for(int i=0;i<delta;i++)

            {

                modify_insert_sort(array,from+i,len-i,delta);

            }

        }

    }

    

    private final  void modify_insert_sort(E[] array, int from, int len,int delta) {

          if(len<=1)return;

          E tmp=null;

          for(int i=from+delta;i<from+len;i+=delta)

          {

              tmp=array[i];

              int j=i;

              for(;j>from;j-=delta)

              {

                  if(tmp.compareTo(array[j-delta])<0)

                  {

                      array[j]=array[j-delta];

                  }

                  else break;

              }

              array[j]=tmp;

          }

    }

}

五 快速排序

快速排序是目前使用可能最普遍的排序算法了。

通常分以下步驟：

1）選擇一個樞紐元素（有很對選法，個人實現裏採用去中間元素的簡單方法）

2）使用該樞紐元素分割數組，使得比該元素小的元素在它的左邊，比它大的在右邊。並把樞紐元素放在合適的位置。

3）根據樞紐元素最後肯定的位置，把數組分紅三部分，左邊的，右邊的，樞紐元素本身，對左邊的，右邊的分別遞歸調用快速排序算法便可。

快速排序的核心在於分割算法，也能夠說是最有技巧的部分。

package algorithms;

/**

 * @author yovn

 *

 */

public class QuickSorter<E extends Comparable<E>> extends Sorter<E> {

    /* (non-Javadoc)

     * @see algorithms.Sorter#sort(E[], int, int)

     */

    @Override

    public void sort(E[] array, int from, int len) {

        q_sort(array,from,from+len-1);

    }

    

    private final void q_sort(E[] array, int from, int to) {

        if(to-from<1)return;

        int pivot=selectPivot(array,from,to);

        

        

        pivot=partion(array,from,to,pivot);

        

        q_sort(array,from,pivot-1);

        q_sort(array,pivot+1,to);

        

    }

    private int partion(E[] array, int from, int to, int pivot) {

        E tmp=array[pivot];

        array[pivot]=array[to];//now to's position is available

        

        while(from!=to)

        {

            while(from<to&&array[from].compareTo(tmp)<=0)from++;

            if(from<to)

            {

                array[to]=array[from];//now from's position is available

                to--;

            }

            while(from<to&&array[to].compareTo(tmp)>=0)to--;

            if(from<to)

            {

                array[from]=array[to];//now to's position is available now 

                from++;

            }

        }

        array[from]=tmp;

        return from;

    }

    private int selectPivot(E[] array, int from, int to) {

    

        return (from+to)/2;

    }

}

還有歸併排序，堆排序，桶式排序，基數排序，下次在概括。