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常见的七种Java排序算法原理是什么，怎样实现？

服务器学习网综合整理 2024-09-09 10:01:09

冒泡排序（Bubble Sort）原理：通过重复遍历要排序的数列，一次比较两个元素，如果它们的顺序错误就把它们交换过来。遍历数列的工作是重复进行的，直到没有再需要交换的元素为止。实现：通过双重循环，外层控制遍历次数，内层负责相邻元素的比较与交换。选择排序（Selection Sort）...

在Java编程世界中，排序算法是每位开发者必须掌握的基础技能之一。它们广泛应用于数据处理、算法竞赛及各类软件开发中。今天，我们就来深入探讨七种常见的Java排序算法的原理及其实现方式。

冒泡排序（Bubble Sort）
- 原理：通过重复遍历要排序的数列，一次比较两个元素，如果它们的顺序错误就把它们交换过来。遍历数列的工作是重复进行的，直到没有再需要交换的元素为止。
- 实现：通过双重循环，外层控制遍历次数，内层负责相邻元素的比较与交换。
选择排序（Selection Sort）
- 原理：首先在未排序序列中找到最小（或最大）元素，存放到排序序列的起始位置，然后，再从剩余未排序元素中继续寻找最小（或最大）元素，然后放到已排序序列的末尾。
- 实现：每次从待排序的数据元素中选出最小（或最大）的一个元素，存放在序列的起始位置，直到全部待排序的数据元素排完。
插入排序（Insertion Sort）
- 原理：通过构建有序序列，对于未排序数据，在已排序序列中从后向前扫描，找到相应位置并插入。
- 实现：从第一个元素开始，该元素可以认为已经被排序；取出下一个元素，在已经排序的元素序列中从后向前扫描；如果该元素（已排序）大于新元素，将该元素移到下一位置；重复步骤3，直到找到已排序的元素小于或者等于新元素的位置；将新元素插入到该位置后；重复步骤2~5。
希尔排序（Shell Sort）
- 原理：是插入排序的一种更高效的改进版本。它通过将原来的列表分割成几个子序列分别进行直接插入排序，待整个序列中的记录“基本有序”时，再对全体记录进行一次直接插入排序。
- 实现：关键在于间隔序列的设定。初始时，取一个正整数d1=n/2，将元素分为d1个组，每组相邻元素之间相隔d1个位置，在各组内进行直接插入排序；然后，取第二个间隔d2=d1/2，重复上述的分组排序过程，直到di=1，即所有元素在同一组内进行直接插入排序。
归并排序（Merge Sort）
- 原理：采用分治法（Divide and Conquer）的一个非常典型的应用。它将已有序的子序列合并，得到完全有序的序列；即先使每个子序列有序，再使子序列段间有序。
- 实现：将已有序的子序列合并，得到完全有序的序列；即先使每个子序列有序，再使子序列段间有序。若将两个有序表合并成一个有序表，称为二路归并。
快速排序（Quick Sort）
- 原理：通过一趟排序将要排序的数据分割成独立的两部分，其中一部分的所有数据都比另外一部分的所有数据都要小，然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序，整个排序过程可以递归进行，以此达到整个数据变成有序序列。
- 实现：选取一个元素作为“基准”（pivot），重新排序数列，所有比基准值小的摆放在基准前面，所有比基准值大的摆在基准的后面（相同的数可以到任一边）。在这个分区退出之后，该基准就处于数列的中间位置。这个称为分区（partition）操作。递归地（recursive）把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序。
堆排序（Heap Sort）
- 原理：是指利用堆这种数据结构所设计的一种排序算法。堆积是一个近似完全二叉树的结构，并同时满足堆积的性质：即子节点的键值或索引总是小于（或者大于）它的父节点。
- 实现：将待排序序列构造成一个大顶堆，此时，整个序列的最大值就是堆顶的根节点。将其与末尾元素进行交换，此时末尾就为最大值。然后将剩余n-1个序列重新构造成一个堆，这样会得到n个元素的次小值。如此反复执行，便能得到一个有序序列了。