Java數組排序方法大全

Java數組排序是Java編程中最基礎和常用的操作之一，不同的排序算法有不同的特點和適用範圍，合理選擇排序算法可以提高程序的效率和性能。本文將介紹Java中常用的排序方法，包括冒泡排序、選擇排序、插入排序、快速排序、歸併排序和堆排序。

一、冒泡排序

冒泡排序是最簡單的排序算法之一，其基本思想是通過不斷交換相鄰的元素將最大（或最小）的元素逐漸「浮」到數列的最後。具體步驟如下：

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

冒泡排序的時間複雜度為O(n^2)，空間複雜度為O(1)。

二、選擇排序

選擇排序是一種簡單直觀、易於實現的排序方法，其基本思想是從待排序的數據中選擇最小（或最大）的一個元素，存放到序列的起始位置，然後再從剩餘的未排序元素中繼續尋找最小（或最大）的元素，放到已排序序列的末尾。具體步驟如下：

public static void selectionSort(int[] arr) {
    int len = arr.length;
    for (int i = 0; i < len - 1; i++) {
        int minIdx = i;
        for (int j = i + 1; j  arr[j]) {
                minIdx = j;
            }
        }
        int tmp = arr[i];
        arr[i] = arr[minIdx];
        arr[minIdx] = tmp;
    }
}

選擇排序的時間複雜度為O(n^2)，空間複雜度為O(1)。

三、插入排序

插入排序是一種簡單直觀、穩定性高的排序方法，其基本思想是將待排序的數列分成已排序和未排序兩部分，每次從未排序的數列中取一個元素，依次插入到已排序數列中的適當位置。具體步驟如下：

public static void insertionSort(int[] arr) {
    int len = arr.length;
    for (int i = 1; i  0 && arr[j - 1] > tmp; j--) {
            arr[j] = arr[j - 1];
        }
        arr[j] = tmp;
    }
}

插入排序的時間複雜度為O(n^2)，空間複雜度為O(1)。

四、快速排序

快速排序是一種運算複雜度平均且效率較高的排序算法，其基本思想是通過一趟排序將要排序的數據分割成獨立的兩部分，其中一部分的所有數據都比另外一部分的所有數據都要小，然後再按此方法對這兩部分數據分別進行快速排序，整個排序過程可以遞歸進行，以此達到整個數據變成有序序列。

public static void quickSort(int[] arr, int left, int right) {
    if (left < right) {
        int pivot = partition(arr, left, right);
        quickSort(arr, left, pivot - 1);
        quickSort(arr, pivot + 1, right);
    }
}

public static int partition(int[] arr, int left, int right) {
    int pivot = arr[left];
    int i = left, j = right;
    while (i < j) {
        while (i = pivot) {
            j--;
        }
        if (i < j) {
            arr[i++] = arr[j];
        }
        while (i < j && arr[i] <= pivot) {
            i++;
        }
        if (i < j) {
            arr[j--] = arr[i];
        }
    }
    arr[i] = pivot;
    return i;
}

快速排序的時間複雜度為O(nlogn)，空間複雜度為O(logn)。

五、歸併排序

歸併排序是一種穩定的排序算法，其基本思想是將數列劃分成若干個小數列，分別排序後再合併。具體步驟如下：

public static void mergeSort(int[] arr, int left, int right) {
    if (left < right) {
        int mid = (left + right) / 2;
        mergeSort(arr, left, mid);
        mergeSort(arr, mid + 1, right);
        merge(arr, left, mid, right);
    }
}

public static void merge(int[] arr, int left, int mid, int right) {
    int len = right - left + 1;
    int[] tmp = new int[len];
    int i = left, j = mid + 1, k = 0;
    while (i <= mid && j <= right) {
        if (arr[i] <= arr[j]) {
            tmp[k++] = arr[i++];
        } else {
            tmp[k++] = arr[j++];
        }
    }
    while (i <= mid) {
        tmp[k++] = arr[i++];
    }
    while (j <= right) {
        tmp[k++] = arr[j++];
    }
    for (int t = 0; t < len; t++) {
        arr[left + t] = tmp[t];
    }
}

歸併排序的時間複雜度為O(nlogn)，空間複雜度為O(n)。

六、堆排序

堆排序是一種高效的排序算法，其基本思想是將待排序序列建成一個大根堆（或小根堆），此時整個序列的最大值（或最小值）即為堆頂元素，將它移走（放到數組末尾），然後將剩餘的n-1個序列重新建成一個堆，如此反覆執行直到整個序列有序。具體步驟如下：

public static void heapSort(int[] arr) {
    int len = arr.length;
    for (int i = len / 2 - 1; i >= 0; i--) {
        adjustHeap(arr, i, len);
    }
    for (int i = len - 1; i > 0; i--) {
        int tmp = arr[0];
        arr[0] = arr[i];
        arr[i] = tmp;
        adjustHeap(arr, 0, i);
    }
}

public static void adjustHeap(int[] arr, int i, int len) {
    int tmp = arr[i];
    for (int j = 2 * i + 1; j < len; j = 2 * j + 1) {
        if (j + 1 < len && arr[j]  tmp) {
            arr[i] = arr[j];
            i = j;
        } else {
            break;
        }
    }
    arr[i] = tmp;
}

堆排序的時間複雜度為O(nlogn)，空間複雜度為O(1)。

總結

不同的排序算法有不同的優缺點，根據具體的情況選擇合適的排序算法可以提高程序的效率和性能。本文介紹的是Java中常用的六種排序算法，分別是冒泡排序、選擇排序、插入排序、快速排序、歸併排序和堆排序，理解和掌握這些算法的基本思想和實現方法，可以為我們解決實際問題提供參考和借鑒。