生活随笔
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动画图解:十大经典排序算法动画与解析
小編覺(jué)得挺不錯(cuò)的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個(gè)參考.
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排序算法是《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》中最基本的算法之一。
排序算法可以分為內(nèi)部排序和外部排序。
內(nèi)部排序是數(shù)據(jù)記錄在內(nèi)存中進(jìn)行排序。
而外部排序是因排序的數(shù)據(jù)很大,一次不能容納全部的排序記錄,在排序過(guò)程中需要訪問(wèn)外存。
常見(jiàn)的內(nèi)部排序算法有:插入排序、希爾排序、選擇排序、冒泡排序、歸并排序、快速排序、堆排序、基數(shù)排序等。
用一張圖概括:
時(shí)間復(fù)雜度與空間復(fù)雜度
關(guān)于時(shí)間復(fù)雜度:
平方階 (O(n2)) 排序 各類簡(jiǎn)單排序:直接插入、直接選擇和冒泡排序。
線性對(duì)數(shù)階 (O(nlog2n)) 排序 快速排序、堆排序和歸并排序;
O(n1+§)) 排序,§ 是介于 0 和 1 之間的常數(shù)。 希爾排序
線性階 (O(n)) 排序 基數(shù)排序,此外還有桶、箱排序。
關(guān)于穩(wěn)定性:
穩(wěn)定的排序算法:冒泡排序、插入排序、歸并排序和基數(shù)排序。
不是穩(wěn)定的排序算法:選擇排序、快速排序、希爾排序、堆排序。
1. 冒泡排序
1.1 算法步驟
-
比較相鄰的元素。如果第一個(gè)比第二個(gè)大,就交換他們兩個(gè)。
-
對(duì)每一對(duì)相鄰元素作同樣的工作,從開(kāi)始第一對(duì)到結(jié)尾的最后一對(duì)。這步做完后,最后的元素會(huì)是最大的數(shù)。
-
針對(duì)所有的元素重復(fù)以上的步驟,除了最后一個(gè)。
-
持續(xù)每次對(duì)越來(lái)越少的元素重復(fù)上面的步驟,直到?jīng)]有任何一對(duì)數(shù)字需要比較。
1.2 動(dòng)畫(huà)演示
?
冒泡排序動(dòng)畫(huà)演示
1.3 參考代碼
1 2public?class?BubbleSort?implements?IArraySort?{ 3 4????@Override 5????public?int[]?sort(int[]?sourceArray)?throws?Exception?{ 6???????? 7????????int[]?arr?=?Arrays.copyOf(sourceArray,?sourceArray.length); 8 9????????for?(int?i?=?1;?i?<?arr.length;?i++)?{10????????????11????????????boolean?flag?=?true;1213????????????for?(int?j?=?0;?j?<?arr.length?-?i;?j++)?{14????????????????if?(arr[j]?>?arr[j?+?1])?{15????????????????????int?tmp?=?arr[j];16????????????????????arr[j]?=?arr[j?+?1];17????????????????????arr[j?+?1]?=?tmp;1819????????????????????flag?=?false;20????????????????}21????????????}2223????????????if?(flag)?{24????????????????break;25????????????}26????????}27????????return?arr;28????}29}
2. 選擇排序
2.1 算法步驟
2.2 動(dòng)畫(huà)演示
?
選擇排序動(dòng)畫(huà)演示
2.3 參考代碼
1 2public?class?SelectionSort?implements?IArraySort?{ 3 4????@Override 5????public?int[]?sort(int[]?sourceArray)?throws?Exception?{ 6????????int[]?arr?=?Arrays.copyOf(sourceArray,?sourceArray.length); 7 8???????? 9????????for?(int?i?=?0;?i?<?arr.length?-?1;?i++)?{10????????????int?min?=?i;1112????????????13????????????for?(int?j?=?i?+?1;?j?<?arr.length;?j++)?{14????????????????if?(arr[j]?<?arr[min])?{15????????????????????16????????????????????min?=?j;17????????????????}18????????????}1920????????????21????????????if?(i?!=?min)?{22????????????????int?tmp?=?arr[i];23????????????????arr[i]?=?arr[min];24????????????????arr[min]?=?tmp;25????????????}2627????????}28????????return?arr;29????}30}
3. 插入排序
3.1 算法步驟
3.2 動(dòng)畫(huà)演示
?
插入排序動(dòng)畫(huà)演示
3.3 參考代碼
1 2public?class?InsertSort?implements?IArraySort?{ 3 4????@Override 5????public?int[]?sort(int[]?sourceArray)?throws?Exception?{ 6???????? 7????????int[]?arr?=?Arrays.copyOf(sourceArray,?sourceArray.length); 8 9????????10????????for?(int?i?=?1;?i?<?arr.length;?i++)?{1112????????????13????????????int?tmp?=?arr[i];1415????????????16????????????int?j?=?i;17????????????while?(j?>?0?&&?tmp?<?arr[j?-?1])?{18????????????????arr[j]?=?arr[j?-?1];19????????????????j--;20????????????}2122????????????23????????????if?(j?!=?i)?{24????????????????arr[j]?=?tmp;25????????????}2627????????}28????????return?arr;29????}30}
4. 希爾排序
4.1 算法步驟
-
選擇一個(gè)增量序列 t1,t2,……,tk,其中 ti > tj, tk = 1;
-
按增量序列個(gè)數(shù) k,對(duì)序列進(jìn)行 k 趟排序;
-
每趟排序,根據(jù)對(duì)應(yīng)的增量 ti,將待排序列分割成若干長(zhǎng)度為 m 的子序列,分別對(duì)各子表進(jìn)行直接插入排序。僅增量因子為 1 時(shí),整個(gè)序列作為一個(gè)表來(lái)處理,表長(zhǎng)度即為整個(gè)序列的長(zhǎng)度。
4.2 動(dòng)畫(huà)演示
?
希爾排序動(dòng)畫(huà)演示
4.3 參考代碼
1 2public?class?ShellSort?implements?IArraySort?{ 3 4????@Override 5????public?int[]?sort(int[]?sourceArray)?throws?Exception?{ 6???????? 7????????int[]?arr?=?Arrays.copyOf(sourceArray,?sourceArray.length); 8 9????????int?gap?=?1;10????????while?(gap?<?arr.length)?{11????????????gap?=?gap?*?3?+?1;12????????}1314????????while?(gap?>?0)?{15????????????for?(int?i?=?gap;?i?<?arr.length;?i++)?{16????????????????int?tmp?=?arr[i];17????????????????int?j?=?i?-?gap;18????????????????while?(j?>=?0?&&?arr[j]?>?tmp)?{19????????????????????arr[j?+?gap]?=?arr[j];20????????????????????j?-=?gap;21????????????????}22????????????????arr[j?+?gap]?=?tmp;23????????????}24????????????gap?=?(int)?Math.floor(gap?/?3);25????????}2627????????return?arr;28????}29}
5. 歸并排序
5.1 算法步驟
-
申請(qǐng)空間,使其大小為兩個(gè)已經(jīng)排序序列之和,該空間用來(lái)存放合并后的序列;
-
設(shè)定兩個(gè)指針,最初位置分別為兩個(gè)已經(jīng)排序序列的起始位置;
-
比較兩個(gè)指針?biāo)赶虻脑?#xff0c;選擇相對(duì)小的元素放入到合并空間,并移動(dòng)指針到下一位置;
-
重復(fù)步驟 3 直到某一指針達(dá)到序列尾;
-
將另一序列剩下的所有元素直接復(fù)制到合并序列尾。
5.2 動(dòng)畫(huà)演示
?
歸并排序動(dòng)畫(huà)演示
5.3 參考代碼
1public?class?MergeSort?implements?IArraySort?{ 2 3????@Override 4????public?int[]?sort(int[]?sourceArray)?throws?Exception?{ 5???????? 6????????int[]?arr?=?Arrays.copyOf(sourceArray,?sourceArray.length); 7 8????????if?(arr.length?<?2)?{ 9????????????return?arr;10????????}11????????int?middle?=?(int)?Math.floor(arr.length?/?2);1213????????int[]?left?=?Arrays.copyOfRange(arr,?0,?middle);14????????int[]?right?=?Arrays.copyOfRange(arr,?middle,?arr.length);1516????????return?merge(sort(left),?sort(right));17????}1819????protected?int[]?merge(int[]?left,?int[]?right)?{20????????int[]?result?=?new?int[left.length?+?right.length];21????????int?i?=?0;22????????while?(left.length?>?0?&&?right.length?>?0)?{23????????????if?(left[0]?<=?right[0])?{24????????????????result[i++]?=?left[0];25????????????????left?=?Arrays.copyOfRange(left,?1,?left.length);26????????????}?else?{27????????????????result[i++]?=?right[0];28????????????????right?=?Arrays.copyOfRange(right,?1,?right.length);29????????????}30????????}3132????????while?(left.length?>?0)?{33????????????result[i++]?=?left[0];34????????????left?=?Arrays.copyOfRange(left,?1,?left.length);35????????}3637????????while?(right.length?>?0)?{38????????????result[i++]?=?right[0];39????????????right?=?Arrays.copyOfRange(right,?1,?right.length);40????????}4142????????return?result;43????}4445}
6. 快速排序
6.1 算法步驟
-
從數(shù)列中挑出一個(gè)元素,稱為 “基準(zhǔn)”(pivot);
-
重新排序數(shù)列,所有元素比基準(zhǔn)值小的擺放在基準(zhǔn)前面,所有元素比基準(zhǔn)值大的擺在基準(zhǔn)的后面(相同的數(shù)可以到任一邊)。在這個(gè)分區(qū)退出之后,該基準(zhǔn)就處于數(shù)列的中間位置。這個(gè)稱為分區(qū)(partition)操作;
-
遞歸地(recursive)把小于基準(zhǔn)值元素的子數(shù)列和大于基準(zhǔn)值元素的子數(shù)列排序;
6.2 動(dòng)畫(huà)演示
?
快速排序動(dòng)畫(huà)演示
6.3 參考代碼
1 2public?class?QuickSort?implements?IArraySort?{ 3 4????@Override 5????public?int[]?sort(int[]?sourceArray)?throws?Exception?{ 6???????? 7????????int[]?arr?=?Arrays.copyOf(sourceArray,?sourceArray.length); 8 9????????return?quickSort(arr,?0,?arr.length?-?1);10????}1112????private?int[]?quickSort(int[]?arr,?int?left,?int?right)?{13????????if?(left?<?right)?{14????????????int?partitionIndex?=?partition(arr,?left,?right);15????????????quickSort(arr,?left,?partitionIndex?-?1);16????????????quickSort(arr,?partitionIndex?+?1,?right);17????????}18????????return?arr;19????}2021????private?int?partition(int[]?arr,?int?left,?int?right)?{22????????23????????int?pivot?=?left;24????????int?index?=?pivot?+?1;25????????for?(int?i?=?index;?i?<=?right;?i++)?{26????????????if?(arr[i]?<?arr[pivot])?{27????????????????swap(arr,?i,?index);28????????????????index++;29????????????}30????????}31????????swap(arr,?pivot,?index?-?1);32????????return?index?-?1;33????}3435????private?void?swap(int[]?arr,?int?i,?int?j)?{36????????int?temp?=?arr[i];37????????arr[i]?=?arr[j];38????????arr[j]?=?temp;39????}4041}
7. 堆排序
7.1 算法步驟
7.2 動(dòng)畫(huà)演示
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?堆排序動(dòng)畫(huà)演示
7.3 參考代碼
1 2public?class?HeapSort?implements?IArraySort?{ 3 4????@Override 5????public?int[]?sort(int[]?sourceArray)?throws?Exception?{ 6???????? 7????????int[]?arr?=?Arrays.copyOf(sourceArray,?sourceArray.length); 8 9????????int?len?=?arr.length;1011????????buildMaxHeap(arr,?len);1213????????for?(int?i?=?len?-?1;?i?>?0;?i--)?{14????????????swap(arr,?0,?i);15????????????len--;16????????????heapify(arr,?0,?len);17????????}18????????return?arr;19????}2021????private?void?buildMaxHeap(int[]?arr,?int?len)?{22????????for?(int?i?=?(int)?Math.floor(len?/?2);?i?>=?0;?i--)?{23????????????heapify(arr,?i,?len);24????????}25????}2627????private?void?heapify(int[]?arr,?int?i,?int?len)?{28????????int?left?=?2?*?i?+?1;29????????int?right?=?2?*?i?+?2;30????????int?largest?=?i;3132????????if?(left?<?len?&&?arr[left]?>?arr[largest])?{33????????????largest?=?left;34????????}3536????????if?(right?<?len?&&?arr[right]?>?arr[largest])?{37????????????largest?=?right;38????????}3940????????if?(largest?!=?i)?{41????????????swap(arr,?i,?largest);42????????????heapify(arr,?largest,?len);43????????}44????}4546????private?void?swap(int[]?arr,?int?i,?int?j)?{47????????int?temp?=?arr[i];48????????arr[i]?=?arr[j];49????????arr[j]?=?temp;50????}5152}
8. 計(jì)數(shù)排序
8.1 算法步驟
-
花O(n)的時(shí)間掃描一下整個(gè)序列 A,獲取最小值 min 和最大值 max
-
開(kāi)辟一塊新的空間創(chuàng)建新的數(shù)組 B,長(zhǎng)度為 ( max - min + 1)
-
數(shù)組 B 中 index 的元素記錄的值是 A 中某元素出現(xiàn)的次數(shù)
-
最后輸出目標(biāo)整數(shù)序列,具體的邏輯是遍歷數(shù)組 B,輸出相應(yīng)元素以及對(duì)應(yīng)的個(gè)數(shù)
8.2 動(dòng)畫(huà)演示
?
計(jì)數(shù)排序動(dòng)畫(huà)演示
8.3 參考代碼
1 2public?class?CountingSort?implements?IArraySort?{ 3 4????@Override 5????public?int[]?sort(int[]?sourceArray)?throws?Exception?{ 6???????? 7????????int[]?arr?=?Arrays.copyOf(sourceArray,?sourceArray.length); 8 9????????int?maxValue?=?getMaxValue(arr);1011????????return?countingSort(arr,?maxValue);12????}1314????private?int[]?countingSort(int[]?arr,?int?maxValue)?{15????????int?bucketLen?=?maxValue?+?1;16????????int[]?bucket?=?new?int[bucketLen];1718????????for?(int?value?:?arr)?{19????????????bucket[value]++;20????????}2122????????int?sortedIndex?=?0;23????????for?(int?j?=?0;?j?<?bucketLen;?j++)?{24????????????while?(bucket[j]?>?0)?{25????????????????arr[sortedIndex++]?=?j;26????????????????bucket[j]--;27????????????}28????????}29????????return?arr;30????}3132????private?int?getMaxValue(int[]?arr)?{33????????int?maxValue?=?arr[0];34????????for?(int?value?:?arr)?{35????????????if?(maxValue?<?value)?{36????????????????maxValue?=?value;37????????????}38????????}39????????return?maxValue;40????}4142}
9. 桶排序
9.1 算法步驟
-
設(shè)置固定數(shù)量的空桶。
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把數(shù)據(jù)放到對(duì)應(yīng)的桶中。
-
對(duì)每個(gè)不為空的桶中數(shù)據(jù)進(jìn)行排序。
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拼接不為空的桶中數(shù)據(jù),得到結(jié)果
9.2 動(dòng)畫(huà)演示
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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?桶排序動(dòng)畫(huà)演示
9.3 參考代碼
1 2public?class?BucketSort?implements?IArraySort?{ 3 4????private?static?final?InsertSort?insertSort?=?new?InsertSort(); 5 6????@Override 7????public?int[]?sort(int[]?sourceArray)?throws?Exception?{ 8???????? 9????????int[]?arr?=?Arrays.copyOf(sourceArray,?sourceArray.length);1011????????return?bucketSort(arr,?5);12????}1314????private?int[]?bucketSort(int[]?arr,?int?bucketSize)?throws?Exception?{15????????if?(arr.length?==?0)?{16????????????return?arr;17????????}1819????????int?minValue?=?arr[0];20????????int?maxValue?=?arr[0];21????????for?(int?value?:?arr)?{22????????????if?(value?<?minValue)?{23????????????????minValue?=?value;24????????????}?else?if?(value?>?maxValue)?{25????????????????maxValue?=?value;26????????????}27????????}2829????????int?bucketCount?=?(int)?Math.floor((maxValue?-?minValue)?/?bucketSize)?+?1;30????????int[][]?buckets?=?new?int[bucketCount][0];3132????????33????????for?(int?i?=?0;?i?<?arr.length;?i++)?{34????????????int?index?=?(int)?Math.floor((arr[i]?-?minValue)?/?bucketSize);35????????????buckets[index]?=?arrAppend(buckets[index],?arr[i]);36????????}3738????????int?arrIndex?=?0;39????????for?(int[]?bucket?:?buckets)?{40????????????if?(bucket.length?<=?0)?{41????????????????continue;42????????????}43????????????44????????????bucket?=?insertSort.sort(bucket);45????????????for?(int?value?:?bucket)?{46????????????????arr[arrIndex++]?=?value;47????????????}48????????}4950????????return?arr;51????}5253????59????private?int[]?arrAppend(int[]?arr,?int?value)?{60????????arr?=?Arrays.copyOf(arr,?arr.length?+?1);61????????arr[arr.length?-?1]?=?value;62????????return?arr;63????}6465}
10. 基數(shù)排序
10.1 算法步驟
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將所有待比較數(shù)值(正整數(shù))統(tǒng)一為同樣的數(shù)位長(zhǎng)度,數(shù)位較短的數(shù)前面補(bǔ)零
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從最低位開(kāi)始,依次進(jìn)行一次排序
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從最低位排序一直到最高位排序完成以后, 數(shù)列就變成一個(gè)有序序列
10.2 動(dòng)畫(huà)演示
?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 基數(shù)排序動(dòng)畫(huà)演示
10.3 參考代碼
1 2public?class?RadixSort?implements?IArraySort?{ 3 4????@Override 5????public?int[]?sort(int[]?sourceArray)?throws?Exception?{ 6???????? 7????????int[]?arr?=?Arrays.copyOf(sourceArray,?sourceArray.length); 8 9????????int?maxDigit?=?getMaxDigit(arr);10????????return?radixSort(arr,?maxDigit);11????}1213????16????private?int?getMaxDigit(int[]?arr)?{17????????int?maxValue?=?getMaxValue(arr);18????????return?getNumLenght(maxValue);19????}2021????private?int?getMaxValue(int[]?arr)?{22????????int?maxValue?=?arr[0];23????????for?(int?value?:?arr)?{24????????????if?(maxValue?<?value)?{25????????????????maxValue?=?value;26????????????}27????????}28????????return?maxValue;29????}3031????protected?int?getNumLenght(long?num)?{32????????if?(num?==?0)?{33????????????return?1;34????????}35????????int?lenght?=?0;36????????for?(long?temp?=?num;?temp?!=?0;?temp?/=?10)?{37????????????lenght++;38????????}39????????return?lenght;40????}4142????private?int[]?radixSort(int[]?arr,?int?maxDigit)?{43????????int?mod?=?10;44????????int?dev?=?1;4546????????for?(int?i?=?0;?i?<?maxDigit;?i++,?dev?*=?10,?mod?*=?10)?{47????????????48????????????int[][]?counter?=?new?int[mod?*?2][0];4950????????????for?(int?j?=?0;?j?<?arr.length;?j++)?{51????????????????int?bucket?=?((arr[j]?%?mod)?/?dev)?+?mod;52????????????????counter[bucket]?=?arrayAppend(counter[bucket],?arr[j]);53????????????}5455????????????int?pos?=?0;56????????????for?(int[]?bucket?:?counter)?{57????????????????for?(int?value?:?bucket)?{58????????????????????arr[pos++]?=?value;59????????????????}60????????????}61????????}6263????????return?arr;64????}65????private?int[]?arrayAppend(int[]?arr,?int?value)?{66????????arr?=?Arrays.copyOf(arr,?arr.length?+?1);67????????arr[arr.length?-?1]?=?value;68????????return?arr;69????}70}
?
</div></div>
總結(jié)
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