Java数据结构与算法--day06

排序算法

• • 一、排序算法的介绍
  • 二、算法的时间复杂度和空间复杂度
  • • 1. 时间复杂度
    • 2. 常见的时间复杂度
    • 3. 平均时间复杂度和最坏时间复杂度
    • 4. 空间复杂度
  • 三、冒泡排序
  • • • 1️⃣ 思路
      • 2️⃣ 代码
  • 四、选择排序
  • • • 1️⃣ 思路
      • 2️⃣ 代码
  • 五、插入排序
  • • • 1️⃣ 思路
      • 2️⃣ 代码
  • 六、希尔排序
  • • • 1. 交换法
      • 2. 移动法
      • 3. 代码
  • 七、快速排序
  • • • 1️⃣ 思路
      • 2️⃣ 代码

一、排序算法的介绍

二、算法的时间复杂度和空间复杂度 1. 时间复杂度

2. 常见的时间复杂度

3. 平均时间复杂度和最坏时间复杂度

4. 空间复杂度

三、冒泡排序

1️⃣ 思路

2️⃣ 代码

package com.atguigu.sort;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Arrays;
import java.util.Date;




public class BubbleSort {

	public static void main(String[] args) {
//		int arr[] = {3, 9, -1, 10, 20};
//		
//		System.out.println("排序前");
//		System.out.println(Arrays.toString(arr));
		
		
		//测试一下冒泡排序的速度O(n^2), 给80000个数据，测试
		//创建要给80000个的随机的数组
		int[] arr = new int[80000];
		for(int i =0; i < 80000;i++) {
			arr[i] = (int)(Math.random() * 8000000); //生成一个[0, 8000000) 数
		}
		
		Date data1 = new Date();
		SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
		String date1Str = simpleDateFormat.format(data1);
		System.out.println("排序前的时间是=" + date1Str);
		
		//测试冒泡排序
		bubbleSort(arr);
		
		Date data2 = new Date();
		String date2Str = simpleDateFormat.format(data2);
		System.out.println("排序后的时间是=" + date2Str);
		
		//System.out.println("排序后");
		//System.out.println(Arrays.toString(arr));
		
		
		
		
	}
	
	// 将前面的冒泡排序算法，封装成一个方法
	public static void bubbleSort(int[] arr) {
		// 冒泡排序的时间复杂度 O(n^2)
		int temp = 0; // 临时变量
		boolean flag = false; // 标识变量，表示是否进行过交换
		for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {

			for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
				// 如果前面的数比后面的数大，则交换
				if (arr[j] > arr[j + 1]) {
					flag = true;
					temp = arr[j];
					arr[j] = arr[j + 1];
					arr[j + 1] = temp;
				}
			}
			//System.out.println("第" + (i + 1) + "趟排序后的数组");
			//System.out.println(Arrays.toString(arr));

			if (!flag) { // 在一趟排序中，一次交换都没有发生过
				break;
			} else {
				flag = false; // 重置flag!!!, 进行下次判断
			}
		}
	}

}

四、选择排序

1️⃣ 思路

2️⃣ 代码

package com.atguigu.sort;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Arrays;
import java.util.Date;
//选择排序
public class SelectSort {

	public static void main(String[] args) {
		//int [] arr = {101, 34, 119, 1, -1, 90, 123};
		
		//创建要给80000个的随机的数组
		int[] arr = new int[80000];
		for (int i = 0; i < 80000; i++) {
			arr[i] = (int) (Math.random() * 8000000); // 生成一个[0, 8000000) 数
		}
		
		System.out.println("排序前");
		//System.out.println(Arrays.toString(arr));
		
		Date data1 = new Date();
		SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
		String date1Str = simpleDateFormat.format(data1);
		System.out.println("排序前的时间是=" + date1Str);
		
		selectSort(arr);
		
		Date data2 = new Date();
		String date2Str = simpleDateFormat.format(data2);
		System.out.println("排序前的时间是=" + date2Str);
		
		//System.out.println("排序后");
		//System.out.println(Arrays.toString(arr));
		
		
	}
	
	//选择排序
	public static void selectSort(int[] arr) {
		
		//在推导的过程，我们发现了规律，因此，可以使用for来解决
		//选择排序时间复杂度是 O(n^2)
		
		for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
			int minIndex = i;
			int min = arr[i];
			for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {
				if (min > arr[j]) {// 说明假定的最小值，并不是最小
					min = arr[j]; // 重置min
					minIndex = j; // 重置minIndex
				}
			}

			// 将最小值，放在arr[0], 即交换
			if (minIndex != i) {
				arr[minIndex] = arr[i];
				arr[i] = min;
			}

			//System.out.println("第"+(i+1)+"轮后~~~~");
			//System.out.println(Arrays.toString(arr));// 1, 34, 119, 101
		}
		
		
		

		

		
	}

}

五、插入排序

1️⃣ 思路

2️⃣ 代码

package com.atguigu.sort;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Arrays;
import java.util.Date;

public class InsertSort {

	public static void main(String[] args) {
		//int[] arr = {101, 34, 119, 1, -1, 89}; 
		// 创建要给80000个的随机的数组
		int[] arr = new int[80000];
		for (int i = 0; i < 80000; i++) {
			arr[i] = (int) (Math.random() * 8000000); // 生成一个[0, 8000000) 数
		}

		System.out.println("插入排序前");
		Date data1 = new Date();
		SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
		String date1Str = simpleDateFormat.format(data1);
		System.out.println("排序前的时间是=" + date1Str);
		
		insertSort(arr); //调用插入排序算法
		
		Date data2 = new Date();
		String date2Str = simpleDateFormat.format(data2);
		System.out.println("排序前的时间是=" + date2Str);
		
		//System.out.println(Arrays.toString(arr));
	}
	
	
	
	//插入排序
	public static void insertSort(int[] arr) {
		int insertVal = 0;
		int insertIndex = 0;
		//使用for循环来把代码简化
		for(int i = 1; i < arr.length; i++) {
			//定义待插入的数
			insertVal = arr[i];
			insertIndex = i - 1; // 即arr[1]的前面这个数的下标
	
			// 给insertVal找到插入的位置
			// 说明
			// 1. insertIndex >= 0 保证在给insertVal 找插入位置，不越界
			// 2. insertVal < arr[insertIndex] 待插入的数，还没有找到插入位置
			// 3. 就需要将 arr[insertIndex] 后移
			while (insertIndex >= 0 && insertVal < arr[insertIndex]) {
				arr[insertIndex + 1] = arr[insertIndex];// arr[insertIndex]
				insertIndex--;
			}
			// 当退出while循环时，说明插入的位置找到, insertIndex + 1
			//这里我们判断是否需要赋值
			if(insertIndex + 1 != i) {
				arr[insertIndex + 1] = insertVal;
			}
	
			//System.out.println("第"+i+"轮插入");
			//System.out.println(Arrays.toString(arr));
		}
		
		
		
	}

}

六、希尔排序

1. 交换法

public static void shellSort(int[] arr) {
		
		int temp = 0;
		int count = 0;
		// 根据前面的逐步分析，使用循环处理
		for (int gap = arr.length / 2; gap > 0; gap /= 2) {
			for (int i = gap; i < arr.length; i++) {
				// 遍历各组中所有的元素(共gap组，每组有个元素), 步长gap
				for (int j = i - gap; j >= 0; j -= gap) {
					// 如果当前元素大于加上步长后的那个元素，说明交换
					if (arr[j] > arr[j + gap]) {
						temp = arr[j];
						arr[j] = arr[j + gap];
						arr[j + gap] = temp;
					}
				}
			}
			/System.out.println("希尔排序第" + (++count) + "轮 =" + Arrays.toString(arr));
		}
		
		
	}

2. 移动法

public static void shellSort2(int[] arr) {
		
		// 增量gap, 并逐步的缩小增量
		for (int gap = arr.length / 2; gap > 0; gap /= 2) {
			// 从第gap个元素，逐个对其所在的组进行直接插入排序
			for (int i = gap; i < arr.length; i++) {
				int j = i;
				int temp = arr[j];
				if (arr[j] < arr[j - gap]) {
					while (j - gap >= 0 && temp < arr[j - gap]) {
						//移动
						arr[j] = arr[j-gap];
						j -= gap;
					}
					//当退出while后，就给temp找到插入的位置
					arr[j] = temp;
				}

			}
		}
	}

3. 代码

package com.atguigu.sort;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Arrays;
import java.util.Date;

public class ShellSort {

	public static void main(String[] args) {
		//int[] arr = { 8, 9, 1, 7, 2, 3, 5, 4, 6, 0 };
		
		// 创建要给80000个的随机的数组
		int[] arr = new int[8000000];
		for (int i = 0; i < 8000000; i++) {
			arr[i] = (int) (Math.random() * 8000000); // 生成一个[0, 8000000) 数
		}

		System.out.println("排序前");
		Date data1 = new Date();
		SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
		String date1Str = simpleDateFormat.format(data1);
		System.out.println("排序前的时间是=" + date1Str);
		
		//shellSort(arr); //交换式
		shellSort2(arr);//移位方式
		
		Date data2 = new Date();
		String date2Str = simpleDateFormat.format(data2);
		System.out.println("排序前的时间是=" + date2Str);
		
		//System.out.println(Arrays.toString(arr));
	}

	// 使用逐步推导的方式来编写希尔排序
	// 希尔排序时， 对有序序列在插入时采用交换法, 
	// 思路(算法) ===> 代码
	public static void shellSort(int[] arr) {
		
		int temp = 0;
		int count = 0;
		// 根据前面的逐步分析，使用循环处理
		for (int gap = arr.length / 2; gap > 0; gap /= 2) {
			for (int i = gap; i < arr.length; i++) {
				// 遍历各组中所有的元素(共gap组，每组有个元素), 步长gap
				for (int j = i - gap; j >= 0; j -= gap) {
					// 如果当前元素大于加上步长后的那个元素，说明交换
					if (arr[j] > arr[j + gap]) {
						temp = arr[j];
						arr[j] = arr[j + gap];
						arr[j + gap] = temp;
					}
				}
			}
			//System.out.println("希尔排序第" + (++count) + "轮 =" + Arrays.toString(arr));
		}
		
		
	}
	
	//对交换式的希尔排序进行优化->移位法
	public static void shellSort2(int[] arr) {
		
		// 增量gap, 并逐步的缩小增量
		for (int gap = arr.length / 2; gap > 0; gap /= 2) {
			// 从第gap个元素，逐个对其所在的组进行直接插入排序
			for (int i = gap; i < arr.length; i++) {
				int j = i;
				int temp = arr[j];
				if (arr[j] < arr[j - gap]) {
					while (j - gap >= 0 && temp < arr[j - gap]) {
						//移动
						arr[j] = arr[j-gap];
						j -= gap;
					}
					//当退出while后，就给temp找到插入的位置
					arr[j] = temp;
				}

			}
		}
	}

}

七、快速排序

1️⃣ 思路

2️⃣ 代码

package com.atguigu.sort;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Arrays;
import java.util.Date;

public class QuickSort {

	public static void main(String[] args) {
		//int[] arr = {-9,78,0,23,-567,70,-1,900,4561};
		
		//测试快排的执行速度
		// 创建要给80000个的随机的数组
		int[] arr = new int[8000000];
		for (int i = 0; i < 8000000; i++) {
			arr[i] = (int) (Math.random() * 8000000); // 生成一个[0, 8000000) 数
		}
		
		System.out.println("排序前");
		Date data1 = new Date();
		SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
		String date1Str = simpleDateFormat.format(data1);
		System.out.println("排序前的时间是=" + date1Str);
		
		quickSort(arr, 0, arr.length-1);
		
		Date data2 = new Date();
		String date2Str = simpleDateFormat.format(data2);
		System.out.println("排序前的时间是=" + date2Str);
		//System.out.println("arr=" + Arrays.toString(arr));
	}

	public static void quickSort(int[] arr,int left, int right) {
		int l = left; //左下标
		int r = right; //右下标
		//pivot 中轴值
		int pivot = arr[(left + right) / 2];
		int temp = 0; //临时变量，作为交换时使用
		//while循环的目的是让比pivot值小放到左边
		//比pivot值大放到右边
		while( l < r) { 
			//在pivot的左边一直找,找到大于等于pivot值,才退出
			while( arr[l] < pivot) {
				l += 1;
			}
			//在pivot的右边一直找,找到小于等于pivot值,才退出
			while(arr[r] > pivot) {
				r -= 1;
			}
			//如果l >= r说明pivot的左右两的值，已经按照左边全部是小于等于pivot值，右边全部是大于等于pivot值
			if( l >= r) {
				break;
			}
			
			//交换
			temp = arr[l];
			arr[l] = arr[r];
			arr[r] = temp;
			
			//如果交换完后，发现这个arr[l] == pivot值 相等 r--， 前移
			if(arr[l] == pivot) {
				r -= 1;
			}
			//如果交换完后，发现这个arr[r] == pivot值 相等 l++， 后移
			if(arr[r] == pivot) {
				l += 1;
			}
		}
		
		// 如果 l == r, 必须l++, r--, 否则会出现栈溢出
		if (l == r) {
			l += 1;
			r -= 1;
		}
		//向左递归
		if(left < r) {
			quickSort(arr, left, r);
		}
		//向右递归
		if(right > l) {
			quickSort(arr, l, right);
		}
		
		
	}
}