冒泡排序
冒泡排序(Bubble Sort)是常用的数组排序算法之一,它以简洁的思想与实现方法而备受青睐,也是广大学习者最先接触的一种排序算法。
冒泡排序的基本思想是:对比相邻的元素值,如果满足条件就交换元素值,把较小的元素值移动到数组前面,把大的元素值移动到数组后面(也就是交换两个元素的位置),这样数组元素就像气泡一样从底部上升到顶部。
冒泡排序的算法比较简单,排序的结果稳定,但时间效率不太高。Java 中的冒泡排序在双层循环中实现,其中外层循环控制排序轮数,总循环次数为要排序数组的长度减 1。而内层循环主要用于对比相邻元素的大小,以确定是否交换位置,对比和交换次数依排序轮数而减少。
例 1
获取用户在控制台输入的 5 个成绩信息,将这些成绩保存到数组中,然后对数组应用冒泡排序,并输出排序后的结果,实现步骤如下。
(1) 创建一个 Test24 类文件,在 main() 方法中开始编码。首先创建 Scanner 类的实例后声明 double 类型的 score 数组,然后接收用户在控制台输入的成绩,并保存到元素中。代码如下:
1. public static void main(String[] args) {
2. Scanner scan = new Scanner(System.in);
3. double[] score = new double[5];
4. for (int i = 0; i < score.length; i++) {
5. System.out.print("请输入第 " + (i + 1) + " 个成绩:");
6. score[i] = scan.nextDouble();
7. }
8. }
(2) 在对 score 数组排序之前,首先输出数组中各个元素的值。代码如下:
1. System.out.println("排序前的元素值:");
2. for(double val:score) {
3. System.out.print(val+"\t");
4. }
5. System.out.println();
(3) 通过冒泡排序方法实现对 score 数组的排序,在实现时需要借助一个临时变量。代码如下:
1. public static void main(String[] args) {
2. System.out.println("通过冒泡排序方法对数组进行排序:");
3. for (int i = 0; i < score.length - 1; i++) {
4. // 比较相邻两个元素,较大的数往后冒泡
5. for (int j = 0; j < score.length - 1 - i; j++) {
6. if (score[j] > score[j + 1]) {
7. double temp = score[j + 1]; // 把第一个元素值保存到临时变量中
8. score[j + 1] = score[j]; // 把第二个元素值转移到第一个元素变量中
9. score[j] = temp; // 把临时变量(第一个元素的原值)保存到第二个元素中
10. }
11. System.out.print(score[j] + " "); // 对排序后的数组元素进行输出
12. }
13. System.out.print("【");
14. for (int j = score.length - 1 - i; j < score.length; j++) {
15. System.out.print(score[j] + " ");
16. }
17. System.out.println("】");
18. }
19. }
快速排序
快速排序(Quicksort)是对冒泡排序的一种改进,是一种排序执行效率很高的排序算法。
快速排序的基本思想是:通过一趟排序,将要排序的数据分隔成独立的两部分,其中一部分的所有数据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,以此使整个数据变成有序序列。
具体做法是:假设要对某个数组进行排序,首先需要任意选取一个数据(通常选用第一个数据)作为关键数据,然后将所有比它小的数都放到它的前面,所有比它大的数都放到它的后面。这个过程称为一趟快速排序;递归调用此过程,即可实现数据的快速排序。
例 1
利用快速排序法对一数组进行排序,实现步骤如下。
(1) 声明静态的 getMiddle() 方法,该方法需要返回一个 int 类型的参数值,在该方法中传入 3 个参数。代码如下:
1. public static int getMiddle(int[] list, int low, int high) {
2. int tmp = list[low]; // 数组的第一个值作为中轴(分界点或关键数据)
3. while (low < high) {
4. while (low < high && list[high] > tmp) {
5. high--;
6. }
7. list[low] = list[high]; // 比中轴小的记录移到低端
8. while (low < high && list[low] < tmp) {
9. low++;
10. }
11. list[high] = list[low]; // 比中轴大的记录移到高端
12. }
13. list[low] = tmp; // 中轴记录到尾
14. return low; // 返回中轴的位置
15. }
(2) 创建静态的 unckSort() 方法,在该方法中判断 low 参数是否小于 high 参数,如果是则调用 getMiddle() 方法,将数组一分为二,并且调用自身的方法进行递归排序。代码如下:
1. public static void unckSort(int[] list,int low,int high) {
2. if(low < high) {
3. int middle = getMiddle(list,low,high); // 将list数组一分为二
4. unckSort(list,low,middle-1); // 对低字表进行递归排序
5. unckSort(list,middle+1,high); // 对高字表进行递归排序
6. }
7. }
(3) 声明静态的 quick() 方法,在该方法中判断传入的数组是否为空,如果不为空,则调用 unckSort() 方法进行排序。代码如下:
1. public static void quick(int[] str) {
2. if(str.length > 0) {
3. // 查看数组是否为空
4. unckSort(str,0,str.length-1);
5. }
6. }
(4) 在 main() 方法中声明 int 类型的 number 数组,接着输出该数组中的元素。然后调用自定义的 quick() 方法进行排序,排序后重新输出数组中的元素。代码如下:
1. int[] number={13,15,24,99,14,11,1,2,3};
2. System.out.println("排序前:");
3. for(int val:number) {
4. System.out.print(val+" ");
5. }
6. quick(number);
7. System.out.println("\n排序后:");
8. for(int val:number) {
9. System.out.print(val +" ");
10. }
直接插入排序
直接插入排序的基本思想是:将 n 个有序数存放在数组 a 中,要插入的数为 x,首先确定 x 插在数组中的位置 p,然后将 p 之后的元素都向后移一个位置,空出 a(p),将 x 放入 a(p),这样可实现插入 x 后仍然有序。
例 1
本例子通过直接插入的方法对上述例子中的 number 数组进行排序。创建一个 Test27 类文件,在 main() 方法中开始编码,具体实现代码如下:
1. public static void main(String[] args) {
2. int[] number = { 13, 15, 24, 99, 4, 1 };
3. System.out.println("排序前:");
4. for (int val : number) { // 遍历数组元素
5. System.out.print(val + " "); // 输出数组元素
6. }
7. int temp, j;
8. for (int i = 1; i < number.length; i++) {
9. temp = number[i];
10. for (j = i - 1; j >= 0 && number[j] > temp; j--) {
11. number[j + 1] = number[j];
12. }
13. number[j + 1] = temp;
14. }
15. System.out.println("\n排序后:");
16. for (int val : number) { // 遍历数组元素
17. System.out.print(val + " "); // 输出数组元素
18. }
19. }