JAVA经典算法-冒泡排序和快速排序

1:Java中的经典算法之冒泡排序(Bubble Sort)

1) 基本思想:依次比较相邻的两个数,将小数放在前面,大数放在后面。即在第一趟:首先比较第1个和第2个数,将小数放前,大数放后。然后比较第2个数和第3个数,将小数放前,大数放后,如此继续,直至比较最后两个数,将小数放前,大数放后。重复第一趟步骤,直至全部排序完成。

2)时间复杂度:冒泡排序总的平均时间复杂度为:O(n2)

举例说明:要排序数组:int[] arr={6,3,8,2};   

第一趟排序:
    第一次排序:6和3比较,6大于3,交换位置:  3  6  8  2
    第二次排序:6和8比较,6小于8,不交换位置:3  6  8  2
    第三次排序:8和2比较,8大于2,交换位置:  3  6  2  8

第一趟总共进行了3次比较, 排序结果:      3  6  2  8  

第二趟排序:
     第一次排序:3和6比较,3小于6,不交换位置:  3 
6  2 8 
    第二次排序:6和2比较,6大于2,交换位置:3  2  6  8
第一趟总共进行了2次比较, 排序结果:      3  2  6  8  

第三趟排序:

    第一次排序:3和2比较,3大于2,交换位置:  2  3  6 8 

第一趟总共进行了1次比较, 排序结果:      2  3  6  8 

       由此可见:N个数字要排序完成,总共进行N-1趟排序,每i趟的排序次数为(N-i)次,所以可以用双重循环语句,外层控制循环多少趟,内层控制每一趟的循环次数,即 JAVA代码如下:

/*
 * 冒泡排序
 */
public class BubbleSort {
  public static void main(String[] args) {
    int[] arr={6,3,8,2};
    System.out.println("排序前数组为:");
    for(int num:arr){
      System.out.print(num+" ");
    }
    for(int i=0;i<arr.length-1;i++){//外层循环控制排序趟数
      for(int j=0;j<arr.length-1-i;j++){//内层循环控制每一趟排序多少次
        if(arr[j]>arr[j+1]){
          int temp=arr[j];
          arr[j]=arr[j+1];
          arr[j+1]=temp;
        }
      }
    } 
    System.out.println();
    System.out.println("排序后的数组为:");
     for(int num:arr){
       System.out.print(num+" ");
     } 
  }
 }

冒泡排序的优点:每进行一趟排序,就会少比较一次,因为每进行一趟排序都会找出一个较大值。如上例:第一趟比较之后,排在最后的一个数一定是最大的一个数,第二趟排序的时候,只需要比较除了最后一个数以外的其他的数,同样也能找出一个最大的数排在参与第二趟比较的数后面,第三趟比较的时候,只需要比较除了最后两个数以外的其他的数,以此类推……也就是说,没进行一趟比较,每一趟少比较一次,一定程度上减少了算法的量。


2:Java中的经典算法之快速排序(quick Sort)

       快速排序是冒泡排序的升级版,快速排序由于排序效率在同为O(N*logN)的几种排序方法中效率较高,因此经常被采用,再加上快速排序思想---分治法也确实实用,因此很多软件公司的笔试面试,包括像腾讯,微软,阿里等知名IT公司都喜欢考这个。

       快速排序是C.R.A.Hoare于1962年提出的一种划分交换排序。它采用了一种分治的策略,通常称其为分治法(Divide-and-ConquerMethod)。

该分治法的基本思想是:
1.先从数列中取出一个数作为基准数。
2.分区过程,将比这个数大的数全放到它的右边,小于或等于它的数全放到它的左边。
3.再对左右区间重复第二步,直到各区间只有一个数。

     虽然快速排序称为分治法,但分治法这三个字显然无法很好的概括快速排序的全部步骤。因此我的对快速排序作了进一步的说明:挖坑填数+分治法

      以一个数组作为示例,取区间第一个数为基准数。

0 1 2 3 4 5
70 5 56 88 50 85

      初始时,i = 0;  j = 5;   X = a[i] = 70

      由于已经将a[0]中的数保存到X中,可以理解成在数组a[0]上挖了个坑,可以将其它数据填充到这来。

      从j开始向前找一个比X小或等于X的数。当j=4,符合条件,将a[4]挖出再填到上一个坑a[0]中。a[0]=a[4]; i++;  这样一个坑a[0]就被搞定了,此时a[0]=50,但又形成了一个新坑a[4],这怎么办了?简单,再找数字来填a[4]这个坑。这次从i开始向后找一个大于X的数,当i=3,符合条件,将a[3]挖出再填到上一个坑中a[4]=a[3]; j--;

     此时数组变成了:

0 1 2 3 4 5
50 5 56 88 88 85
      此时i=3,j=4  当j--后,i=j=3退出,a[3]正好是挖出的坑,将X补上,a[3]=70。
0 1 2 3 4 5
50 5 56 70 88 85

    可以看出a[3]前面的数字都小于它,a[3]后面的数字都大于它。因此再对a[0…2]和a[4…5]这二个子区间重复上述步骤就可以了。

对挖坑填数进行总结
1.i =L; j = R; 将基准数挖出形成第一个坑a[i]。
2.j--由后向前找比它小的数,找到后挖出此数填前一个坑a[i]中。
3.i++由前向后找比它大的数,找到后也挖出此数填到前一个坑a[j]中。
4.再重复执行2,3二步,直到i==j,将基准数填入a[i]中。
实现挖坑填数的代码如下:

int AdjustArray(int s[], int l, int r) //返回调整后基准数的位置  
{  
    int i = l, j = r;  
    int x = s[l]; //s[l]即s[i]就是第一个坑  
    while (i < j)  
    {  
        // 从右向左找小于x的数来填s[i]  
        while(i < j && s[j] >= x)   
           { j--; }
        if(i < j)   
        {  
            s[i] = s[j]; //将s[j]填到s[i]中,s[j]就形成了一个新的坑  
            i++;  
        }  
  
        // 从左向右找大于或等于x的数来填s[j]  
        while(i < j && s[i] < x)  
            {i++;}    
        if(i < j)   
        {  
            s[j] = s[i]; //将s[i]填到s[j]中,s[i]就形成了一个新的坑  
            j--;  
        }  
    }  
    //退出时,i等于j。将x填到这个坑中。  
    s[i] = x;  
  
    return i;  
再写分治法的代码:

void quick_sort(int s[], int l, int r)  
{  
    if (l < r)  
    {  
        int i = AdjustArray(s, l, r);//先成挖坑填数法调整s[]  
        quick_sort(s, l, i - 1); // 递归调用   
        quick_sort(s, i + 1, r);  
    }  
}  


时间复杂度: 快速排序的时间复杂度为O(NlogN)


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