Java实现常用的排序算法（冒泡排序、选择排序、插入排序、希尔排序）

常见的排序算法

排序算法的时间复杂度

冒泡排序

1.简介

冒泡排序（Bubble Sort），是一种计算机科学领域的较简单的排序算法。
它重复地走访过要排序的元素列，依次比较两个相邻的元素，如果顺序（如从大到小、首字母从Z到A）错误就把他们交换过来。走访元素的工作是重复地进行，直到没有相邻元素需要交换，也就是说该元素列已经排序完成。
这个算法的名字由来是因为越小的元素会经由交换慢慢“浮”到数列的顶端（升序或降序排列），就如同碳酸饮料中二氧化碳的气泡最终会上浮到顶端一样，故名“冒泡排序”。

2.思路分析

• 比较相邻的两个元素，如果第一个比第二个大那么就交换位置
• 对后续的每一次元素都进行这个操作，直到最后一个结束第一轮循环，这样最后一个元素一定是最大的元素，所以后续进行循环比较时，可以不需要对最后一个元素进行比较
• 重复以上步骤，依次排除上一次循环的最后一个元素，这样内层循环的次数会越来越少
• 直到没有任何一对数字需要比较
• 外层循环次数为数组元素个数-1，而且==每次内层循环比较次数越来越少–
• 优化：如果在某次外层循环中元素没有发生交换，证明已经是有序数组，那么可以结束循环

3.图解

1.第一次循环（黄色代表交换位置，红色代表确定最终位置）

2.第二次循环

3.第三次循环

4.第四次循环

结束循环

4.代码实现

/**
 * 冒泡排序
 * @author 尹稳健~
 * @version 1.0
 * @time 2022/9/7
 */
public class Bubbling {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {3,9,-1,7,21};
        // 外层循环次数为数组的长度-1
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            // 内层循环次数，每次都会减少
            for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
                // 交换位置
                if (arr[j] > arr[j+1]){
                    int temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j+1];
                    arr[j+1] = temp;
                }
            }
        }

        // 打印
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print(arr[i]+" ");
        }
    }

}
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优化：如果在某次外层循环结束后发现数组元素位置没有发生改变，那么循环结束，已经是有序的数组了

代码：

/**
 * 冒泡排序
 * @author 尹稳健~
 * @version 1.0
 * @time 2022/9/7
 */
public class Bubbling {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {3,9,-1,7,21};
        // 外层循环次数为数组的长度-1
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            // 如果内层循环没有交换位置，那么已经是有序数组，结束循环
            boolean flag = true;
            // 内层循环次数，每次都会减少
            for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
                // 交换位置
                if (arr[j] > arr[j+1]){
                    int temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j+1];
                    arr[j+1] = temp;
                    flag = false;
                }
            }
            if (flag){
                break;
            }
        }

        // 打印
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print(arr[i]+" ");
        }
    }

}

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选择排序

1.简介

选择排序（Selection sort）是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是：第一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，然后再从剩余的未排序元素中寻找到最小（大）元素，然后放到已排序的序列的末尾。以此类推，直到全部待排序的数据元素的个数为零。选择排序是不稳定的排序方法。

2.思路分析

2.1 第一次交换数据

/**
 * @author 尹稳健~
 * @version 1.0
 * @time 2022/9/7
 */
public class Deduction {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {8,3,2,1,7,4,6,5};
        // 记录最小数的下标
        int min;
        // 假设min=0开始
        min = 0;
        // 既然我们都假设下标为0的是最小，那么就从他后面开始比较
        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            // 如果后面的元素中有小于的元素，记住的他下标
            if (arr[min] > arr[i]){
                min = i;
            }
        }
        // 交换
        int temp = arr[0];
        arr[0] = arr[min];
        arr[min] = temp;

        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print(arr[i] + " ");
        }

        // 打印获取到 1 3 2 8 7 4 6 5 

    }
}

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2.2 第二次 从 i+1开始

/**
 * @author 尹稳健~
 * @version 1.0
 * @time 2022/9/7
 */
public class Deduction {
    public static void main(String[] args) {
//        int[] arr = {8,3,2,1,7,4,6,5};
        int[] arr = {1,3,2,8,7,4,6,5};
        // 记录最小数的下标
        int min;
        // 假设min=1开始
        min = 1;
        // 既然我们都假设下标为1的是最小，那么就从他后面开始比较
        for (int i = 2; i < arr.length; i++) {
            // 如果后面的元素中有小于的元素，记住的他下标
            if (arr[min] > arr[i]){
                min = i;
            }
        }
        // 交换
        int temp = arr[1];
        arr[1] = arr[min];
        arr[min] = temp;

        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print(arr[i] + " ");
        }

        // 打印获取到 1 2 3 8 7 4 6 5 

    }
}

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以此类推

2.3总结

• i 从 0 开始，假设min代表最小值的索引，一开始假设min = i， 然后找到后面数组中最小元素的下标，让min = minIndex，交换位置，注意在寻找最小值索引下标时，其他元素的位置是不能动的
• 然后数组往后移，因为第一个数已经是最小数了，不需要再进行比较了，从 i+1开始
• 重复以上步骤，直到 排序结束
• 一共需要遍历 数组长度 - 1次。

3.图解

4.代码实现

/**
 * 选择排序
 * @author 尹稳健~
 * @version 1.0
 * @time 2022/9/7
 */
public class Choice {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {8,3,2,1,7,4,6,5};
        // 记录最小数的下标
        int min;
        // 外层循环次数为数组长度 - 1
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            min = i;
            // 内层循环每次都是从i+1开始
            for (int j = i+1; j < arr.length; j++) {
                // 找出最小数的下标
                if (arr[min] > arr[j]){
                    min = j;
                }
            }
            // 如果不是同一个数，那么就交换位置
            if (min != i){
                int temp = arr[i];
                arr[i] = arr[min];
                arr[min] = temp;
            }
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print(arr[i]+" ");
        }
    }
}

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插入排序

1.简介

插入排序，一般也被称为直接插入排序。对于少量元素的排序，它是一个有效的算法 。插入排序是一种最简单的排序方法，它的基本思想是将一个记录插入到已经排好序的有序表中，从而一个新的、记录数增1的有序表。在其实现过程使用双层循环，外层循环对除了第一个元素之外的所有元素，内层循环对当前元素前面有序表进行待插入位置查找，并进行移动。

2.思路分析

• 因为原数组中的第一个元素作为有序列表的第一个元素，所以直接从索引为1的元素开始，当1作为插入元素与有序列表中的最后一个元素进行比较
• 如果插入元素小于，那么有序列表中最后一个元素就要后移一位，直到找到有序列表中元素不大于插入元素的位置，或者索引小于0时，结束比较
• 然后再将插入元素赋值

3.图解

注意这里红色的数组代表已经是有序列表元素

3.1第一轮

3.2第二轮

3.3第三轮

3.4第四轮

4.代码实现

/**
 * 插入排序
 * @author 尹稳健~
 * @version 1.0
 * @time 2022/9/9
 */
public class InsertSorted {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {3, 1, 6, 10, 2};

        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            // 保留即将插入元素的值
            int insertValue = arr[i];
            // 当前索引
            int index = i;
            // 1.如果索引大于0，说明还没遍历完
            // 2.如果插入的值小于有序列表中的值，那么久有序列表中大于插入元素的元素，就要后移
            while (index > 0 && insertValue < arr[index-1]){
                arr[index] = arr[index-1];
                index --;
            }
            // 直到找到插入元素不大于有序列表中元素的位置
            arr[index] = insertValue;

        }
		// 打印
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print(arr[i] + " ");
        }

    }
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希尔排序

1.简介

希尔排序(Shell’s Sort)是插入排序的一种又称“缩小增量排序”（Diminishing Increment Sort），是直接插入排序算法的一种更高效的改进版本。希尔排序是非稳定排序算法。
希尔排序是把记录按下标的一定增量分组，对每组使用直接插入排序算法排序；随着增量逐渐减少，每组包含的关键词越来越多，当增量减至 1 时，整个数据恰被分成一组，算法便终止。

2.思路分析

• 选择一个增量序列t1（一般是数组长度/2），t2（一般是一个分组长度/2），……，tk，其中 ti > tj, tk = 1；
• 按增量序列个数 k，对序列进行 k 趟排序；
• 每趟排序，根据对应的增量 ti，将待排序列分割成若干长度为 m 的子序列，分别对各子表进行直接插入排序。仅增量因子为 1 时，整个序列作为一个表来处理，表长度即为整个序列的长度。

3.图解

3.1 第一轮

增量为3，直接从arr[3]开始进行比对，发现arr[3] > arr[0],不需要换位置，arr[4] < arr[1]需要换位置

交换位置后，继续进行比较

直到arr[6]
然后我们发现 arr[3] 还能再和 arr[0] 进行比较 因为 index-gap >= 0 就能继续比较

3.2 第二轮

从arr[1]开始进行比较，依次往后比较，直到 arr[6] < arr[5]

交换位置后，arr[5] 与 arr[4] 进行比较，交换位置

结束

4.代码实现

/**
 * 希尔排序
 * @author 尹稳健~
 * @version 1.0
 * @time 2022/9/9
 */
public class ShellInsert {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {23,34,21,31,18,98,10};
        // 增量
        int gap = arr.length/2;
        // 只要增量大于等于1就继续分组
        while (gap >= 1){

            // 从索引=增量开始，依次往后
            for (int i = gap; i < arr.length; i++) {
                // 定义一个变量，防止下面代码影响原 i 的值
                int j = i;
                // 只有 arr[j] < arr[j-gap] 交换位置 ，而且可能一次不一定能比较完，需要多次比较 j-gap >= 0
                while (j-gap >= 0 && arr[j] < arr[j-gap]){
                    // 交换
                    int temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j-gap];
                    arr[j-gap] = temp;
                    // 假设 j = 6 时，可以多次执行
                    j -= gap;
                }
            }

            // 控制增量
            gap /= 2;

        }

        // 打印
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print(arr[i]+" ");
        }

    }
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