Java——数组排序和查找

 一、排序介绍

1、排序的概念

排序是将多个数据按照指定的顺序进行排列的过程。

2、排序的种类

排序可以分为两大类：内部排序和外部排序。

3、内部排序和外部排序

1）内部排序

内部排序是指数据在内存中进行排序，适用于数据量较小的情况。数据可以完全装入内存。常见的内部排序算法包括：

• 交换排序法：如冒泡排序、快速排序等。
• 选择排序法：如选择排序、堆排序等。
• 插入排序法：如直接插入排序、希尔排序等。

2）外部排序

外部排序是指数据量大到无法完全装入内存，需要借助外部存储器（如磁盘）进行排序。常见的外部排序算法包括：

• 合并排序法：如多路归并排序。
• 分配排序法：如基数排序。

二、冒泡排序

冒泡排序（Bubble Sort）是一种简单的排序算法。它的工作原理是重复地遍历要排序的序列，一次比较两个元素，如果它们的顺序错误则交换它们的位置。这个过程会将每次遍历中最大的元素“冒泡”到序列的末尾，类似于气泡在水中上升。

1、冒泡排序图解

这里使用 5 个元素的数组作为例子：

第一轮：

第二轮：

第三轮：

第四轮：

我们可以发现，对于元素个数为 n 的数组，使用冒泡排序需要 n - 1 轮，第一轮需要 n - 1 步，后面的每一轮的步骤数依次递减一。

2、冒泡排序代码实现

上面我们对冒泡排序的具体原理进行了详细的分析，下面我们将使用代码对数组的冒泡排序进行实现。

import java.util.Arrays;
 
public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		int[] arr = {5, 4, 3, 2, 1};
		for(int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
			for(int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
				if(arr[j] > arr[j + 1]) {
					int temp = arr[j];
					arr[j] = arr[j + 1];
					arr[j + 1] = temp;
				}
			}
		}
		System.out.println("排序后的数组为 " + Arrays.toString(arr));
	}	
}

运行结果：

我们也可以详细看看每一轮执行后排序的结果：

import java.util.Arrays;
 
public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		int[] arr = {5, 4, 3, 2, 1};
		for(int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
			for(int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
				if(arr[j] > arr[j + 1]) {
					int temp = arr[j];
					arr[j] = arr[j + 1];
					arr[j + 1] = temp;
				}
			}
			System.out.println("\n第一轮\n" + Arrays.toString(arr));
		}
		System.out.println("\n最终排序好的的数组为\n" + Arrays.toString(arr));
	}	
}

运行结果：

可以发现与我们上面分析的一致。

3、冒泡排序优化

可以使用一个状态变量，如果某一轮进行了交换，则代表未排序的部分是无序的；如果某一轮未进行交换，就代表没有排序的部分已经是有序的了，就不用排序了，则可以退出循环。

import java.util.Arrays;
 
public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		int[] arr = {1, 2, 4, 3, 5};
		boolean isSwap = false;
		for(int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
			isSwap = false;
			for(int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
				if(arr[j] > arr[j + 1]) {
					int temp = arr[j];
					arr[j] = arr[j + 1];
					arr[j + 1] = temp;
					isSwap = true;
				}
			}
			if(!isSwap) {
				break;
			}
		}
		System.out.println("最终排序好的的数组为\n" + Arrays.toString(arr));
	}	
}

这里使用一个 boolean 类型变量，开始初始化为 false，如果进行交换了，则将其赋值为 true，再一轮的最后进行判断是否进行过交换，如果没有进行交换，也就是这个状态变量为 false 则退出外层循环，排序完成。

这种冒泡排序再进行一些部分有序的数组的排序任务中，会比为优化的冒泡排序性能更高些。

上面的代码运行结果：

三、数组元素查找

1、顺序查找

顺序查找是一种简单的查找算法，它从数组的第一个元素开始，逐个比较每个元素，直到找到目标元素或遍历完整个数组。顺序查找不需要数组是有序的。

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
		int searchNum = 3;
		for(int i = 0; i < arr.length; i++) {
			if(arr[i] == searchNum) {
				System.out.println("arr[" + i + "] = " + searchNum);
				break;
			}
		}
	}	
}

运行结果：