Java實現幾種常見排序方法

日常操作中常見的排序方法有：冒泡排序、快速排序、選擇排序、插入排序、希爾排序，甚至還有基數排序、雞尾酒排序、桶排序、鴿巢排序、歸併排序等。

冒泡排序是一種簡單的排序算法。它重複地走訪過要排序的數列，一次比較兩個元素，如果他們的順序錯誤就把他們交換過來。走訪數列的工作是重複地進行直到沒有再需要交換，也就是說該數列已經排序完成。這個算法的名字由來是因爲越小的元素會經由交換慢慢“浮”到數列的頂端。

/**
 * 冒泡法排序<br/>
 * <ul>
 * <li>比較相鄰的元素。如果第一個比第二個大，就交換他們兩個。</li>
 * <li>對每一對相鄰元素作同樣的工作，從開始第一對到結尾的最後一對。在這一點，最後的元素應該會是最大的數。</li>
 * <li>針對所有的元素重複以上的步驟，除了最後一個。</li>
 * <li>持續每次對越來越少的元素重複上面的步驟，直到沒有任何一對數字需要比較。</li>
 * </ul>
 *
 * @param numbers
 *            需要排序的整型數組
 */
public
 
static
 
void
 bubbleSort(
int
[] numbers) {
    int
 temp; 
// 記錄臨時中間值
    int
 size = numbers.length; 
// 數組大小
    for
 (
int
 i = 
0
; i < size - 
1
; i++) {
        for
 (
int
 j = i + 
1
; j < size; j++) {
            if
 (numbers[i] < numbers[j]) { 
// 交換兩數的位置
                temp = numbers[i];
                numbers[i] = numbers[j];
                numbers[j] = temp;
            }
        }
    }
}

/** * 冒泡法排序<br/> * <ul> * <li>比較相鄰的元素。如果第一個比第二個大，就交換他們兩個。</li> * <li>對每一對相鄰元素作同樣的工作，從開始第一對到結尾的最後一對。在這一點，最後的元素應該會是最大的數。</li> * <li>針對所有的元素重複以上的步驟，除了最後一個。</li> * <li>持續每次對越來越少的元素重複上面的步驟，直到沒有任何一對數字需要比較。</li> * </ul> * * @param numbers * 需要排序的整型數組 */ public static void bubbleSort(int[] numbers) { int temp; // 記錄臨時中間值 int size = numbers.length; // 數組大小 for (int i = 0; i < size - 1; i++) { for (int j = i + 1; j < size; j++) { if (numbers[i] < numbers[j]) { // 交換兩數的位置 temp = numbers[i]; numbers[i] = numbers[j]; numbers[j] = temp; } } } }

快速排序使用分治法策略來把一個序列分爲兩個子序列。

/**
 * 快速排序<br/>
 * <ul>
 * <li>從數列中挑出一個元素，稱爲“基準”</li>
 * <li>重新排序數列，所有元素比基準值小的擺放在基準前面，所有元素比基準值大的擺在基準的後面（相同的數可以到任一邊）。在這個分割之後，
 * 該基準是它的最後位置。這個稱爲分割（partition）操作。</li>
 * <li>遞歸地把小於基準值元素的子數列和大於基準值元素的子數列排序。</li>
 * </ul>
 *
 * @param numbers
 * @param start
 * @param end
 */
public
 
static
 
void
 quickSort(
int
[] numbers, 
int
 start, 
int
 end) {
    if
 (start < end) {
        int
 base = numbers[start]; 
// 選定的基準值（第一個數值作爲基準值）
        int
 temp; 
// 記錄臨時中間值
        int
 i = start, j = end;
        do
 {
            while
 ((numbers[i] < base) && (i < end))
                i++;
            while
 ((numbers[j] > base) && (j > start))
                j--;
            if
 (i <= j) {
                temp = numbers[i];
                numbers[i] = numbers[j];
                numbers[j] = temp;
                i++;
                j--;
            }
        } while
 (i <= j);
        if
 (start < j)
            quickSort(numbers, start, j);
        if
 (end > i)
            quickSort(numbers, i, end);
    }
}

/** * 快速排序<br/> * <ul> * <li>從數列中挑出一個元素，稱爲“基準”</li> * <li>重新排序數列，所有元素比基準值小的擺放在基準前面，所有元素比基準值大的擺在基準的後面（相同的數可以到任一邊）。在這個分割之後， * 該基準是它的最後位置。這個稱爲分割（partition）操作。</li> * <li>遞歸地把小於基準值元素的子數列和大於基準值元素的子數列排序。</li> * </ul> * * @param numbers * @param start * @param end */ public static void quickSort(int[] numbers, int start, int end) { if (start < end) { int base = numbers[start]; // 選定的基準值（第一個數值作爲基準值） int temp; // 記錄臨時中間值 int i = start, j = end; do { while ((numbers[i] < base) && (i < end)) i++; while ((numbers[j] > base) && (j > start)) j--; if (i <= j) { temp = numbers[i]; numbers[i] = numbers[j]; numbers[j] = temp; i++; j--; } } while (i <= j); if (start < j) quickSort(numbers, start, j); if (end > i) quickSort(numbers, i, end); } }

選擇排序是一種簡單直觀的排序方法，每次尋找序列中的最小值，然後放在最末尾的位置。

/**
 * 選擇排序<br/>
 * <ul>
 * <li>在未排序序列中找到最小元素，存放到排序序列的起始位置</li>
 * <li>再從剩餘未排序元素中繼續尋找最小元素，然後放到排序序列末尾。</li>
 * <li>以此類推，直到所有元素均排序完畢。</li>
 * </ul>
 *
 * @param numbers
 */
public
 
static
 
void
 selectSort(
int
[] numbers) {
    int
 size = numbers.length, temp;
    for
 (
int
 i = 
0
; i < size; i++) {
        int
 k = i;
        for
 (
int
 j = size - 
1
; j >i; j--)  {
            if
 (numbers[j] < numbers[k])  k = j;
        }
        temp = numbers[i];
        numbers[i] = numbers[k];
        numbers[k] = temp;
    }
}

 

插入排序的工作原理是通過構建有序序列，對於未排序數據，在已排序序列中從後向前掃描，找到相應位置並插入。其具體步驟參見代碼及註釋。

/**
 * 插入排序<br/>
 * <ul>
 * <li>從第一個元素開始，該元素可以認爲已經被排序</li>
 * <li>取出下一個元素，在已經排序的元素序列中從後向前掃描</li>
 * <li>如果該元素（已排序）大於新元素，將該元素移到下一位置</li>
 * <li>重複步驟3，直到找到已排序的元素小於或者等於新元素的位置</li>
 * <li>將新元素插入到該位置中</li>
 * <li>重複步驟2</li>
 * </ul>
 *
 * @param numbers
 */
public
 
static
 
void
 insertSort(
int
[] numbers) {
    int
 size = numbers.length, temp, j;
    for
(
int
 i=
1
; i<size; i++) {
        temp = numbers[i];
        for
(j = i; j > 
0
 && temp < numbers[j-
1
]; j--)
            numbers[j] = numbers[j-1
];
        numbers[j] = temp;
    }
}

/** * 插入排序<br/> * <ul> * <li>從第一個元素開始，該元素可以認爲已經被排序</li> * <li>取出下一個元素，在已經排序的元素序列中從後向前掃描</li> * <li>如果該元素（已排序）大於新元素，將該元素移到下一位置</li> * <li>重複步驟3，直到找到已排序的元素小於或者等於新元素的位置</li> * <li>將新元素插入到該位置中</li> * <li>重複步驟2</li> * </ul> * * @param numbers */ public static void insertSort(int[] numbers) { int size = numbers.length, temp, j; for(int i=1; i<size; i++) { temp = numbers[i]; for(j = i; j > 0 && temp < numbers[j-1]; j--) numbers[j] = numbers[j-1]; numbers[j] = temp; } }

歸併排序是建立在歸併操作上的一種有效的排序算法，歸併是指將兩個已經排序的序列合併成一個序列的操作。參考代碼如下：

/**
 * 歸併排序<br/>
 * <ul>
 * <li>申請空間，使其大小爲兩個已經排序序列之和，該空間用來存放合併後的序列</li>
 * <li>設定兩個指針，最初位置分別爲兩個已經排序序列的起始位置</li>
 * <li>比較兩個指針所指向的元素，選擇相對小的元素放入到合併空間，並移動指針到下一位置</li>
 * <li>重複步驟3直到某一指針達到序列尾</li>
 * <li>將另一序列剩下的所有元素直接複製到合併序列尾</li>
 * </ul>
 * 算法參考：<a href="http://www.cnitblog.com/intrl/" mce_href="http://www.cnitblog.com/intrl/">Java部落</a>
 *
 * @param numbers
 */
public
 
static
 
void
 mergeSort(
int
[] numbers, 
int
 left, 
int
 right) {
    int
 t = 
1
;
// 每組元素個數
    int
 size = right - left + 
1
;
    while
 (t < size) {
        int
 s = t;
// 本次循環每組元素個數
        t = 2
 * s;
        int
 i = left;
        while
 (i + (t - 
1
) < size) {
            merge(numbers, i, i + (s - 1
), i + (t - 
1
));
            i += t;
        }
        if
 (i + (s - 
1
) < right)
            merge(numbers, i, i + (s - 1
), right);
    }
}
/**
 * 歸併算法實現
 *
 * @param data
 * @param p
 * @param q
 * @param r
 */
private
 
static
 
void
 merge(
int
[] data, 
int
 p, 
int
 q, 
int
 r) {
    int
[] B = 
new
 
int
[data.length];
    int
 s = p;
    int
 t = q + 
1
;
    int
 k = p;
    while
 (s <= q && t <= r) {
        if
 (data[s] <= data[t]) {
            B[k] = data[s];
            s++;
        } else
 {
            B[k] = data[t];
            t++;
        }
        k++;
    }
    if
 (s == q + 
1
)
        B[k++] = data[t++];
    else
        B[k++] = data[s++];
    for
 (
int
 i = p; i <= r; i++)
        data[i] = B[i];
}

/** * 歸併排序<br/> * <ul> * <li>申請空間，使其大小爲兩個已經排序序列之和，該空間用來存放合併後的序列</li> * <li>設定兩個指針，最初位置分別爲兩個已經排序序列的起始位置</li> * <li>比較兩個指針所指向的元素，選擇相對小的元素放入到合併空間，並移動指針到下一位置</li> * <li>重複步驟3直到某一指針達到序列尾</li> * <li>將另一序列剩下的所有元素直接複製到合併序列尾</li> * </ul> * 算法參考：<a href="http://www.cnitblog.com/intrl/" mce_href="http://www.cnitblog.com/intrl/">Java部落</a> * * @param numbers */ public static void mergeSort(int[] numbers, int left, int right) { int t = 1;// 每組元素個數 int size = right - left + 1; while (t < size) { int s = t;// 本次循環每組元素個數 t = 2 * s; int i = left; while (i + (t - 1) < size) { merge(numbers, i, i + (s - 1), i + (t - 1)); i += t; } if (i + (s - 1) < right) merge(numbers, i, i + (s - 1), right); } } /** * 歸併算法實現 * * @param data * @param p * @param q * @param r */ private static void merge(int[] data, int p, int q, int r) { int[] B = new int[data.length]; int s = p; int t = q + 1; int k = p; while (s <= q && t <= r) { if (data[s] <= data[t]) { B[k] = data[s]; s++; } else { B[k] = data[t]; t++; } k++; } if (s == q + 1) B[k++] = data[t++]; else B[k++] = data[s++]; for (int i = p; i <= r; i++) data[i] = B[i]; }

將之前介紹的所有排序算法整理成NumberSort類，代碼

/**
 * BubbleSort.class
 */
package
 test.sort;
import
 java.util.Random;
/**
 * Java實現的排序類
 *
 * @author cyq
 *
 */
public
 
class
 NumberSort {
    /**
     * 私有構造方法，禁止實例化
     */
    private
 NumberSort() {
        super
();
    }
    /**
     * 冒泡法排序<br/>
     * <ul>
     * <li>比較相鄰的元素。如果第一個比第二個大，就交換他們兩個。</li>
     * <li>對每一對相鄰元素作同樣的工作，從開始第一對到結尾的最後一對。在這一點，最後的元素應該會是最大的數。</li>
     * <li>針對所有的元素重複以上的步驟，除了最後一個。</li>
     * <li>持續每次對越來越少的元素重複上面的步驟，直到沒有任何一對數字需要比較。</li>
     * </ul>
     *
     * @param numbers
     *            需要排序的整型數組
     */
    public
 
static
 
void
 bubbleSort(
int
[] numbers) {
        int
 temp; 
// 記錄臨時中間值
        int
 size = numbers.length; 
// 數組大小
        for
 (
int
 i = 
0
; i < size - 
1
; i++) {
            for
 (
int
 j = i + 
1
; j < size; j++) {
                if
 (numbers[i] < numbers[j]) { 
// 交換兩數的位置
                    temp = numbers[i];
                    numbers[i] = numbers[j];
                    numbers[j] = temp;
                }
            }
        }
    }
    /**
     * 快速排序<br/>
     * <ul>
     * <li>從數列中挑出一個元素，稱爲“基準”</li>
     * <li>重新排序數列，所有元素比基準值小的擺放在基準前面，所有元素比基準值大的擺在基準的後面（相同的數可以到任一邊）。在這個分割之後，
     * 該基準是它的最後位置。這個稱爲分割（partition）操作。</li>
     * <li>遞歸地把小於基準值元素的子數列和大於基準值元素的子數列排序。</li>
     * </ul>
     *
     * @param numbers
     * @param start
     * @param end
     */
    public
 
static
 
void
 quickSort(
int
[] numbers, 
int
 start, 
int
 end) {
        if
 (start < end) {
            int
 base = numbers[start]; 
// 選定的基準值（第一個數值作爲基準值）
            int
 temp; 
// 記錄臨時中間值
            int
 i = start, j = end;
            do
 {
                while
 ((numbers[i] < base) && (i < end))
                    i++;
                while
 ((numbers[j] > base) && (j > start))
                    j--;
                if
 (i <= j) {
                    temp = numbers[i];
                    numbers[i] = numbers[j];
                    numbers[j] = temp;
                    i++;
                    j--;
                }
            } while
 (i <= j);
            if
 (start < j)
                quickSort(numbers, start, j);
            if
 (end > i)
                quickSort(numbers, i, end);
        }
    }
    /**
     * 選擇排序<br/>
     * <ul>
     * <li>在未排序序列中找到最小元素，存放到排序序列的起始位置</li>
     * <li>再從剩餘未排序元素中繼續尋找最小元素，然後放到排序序列末尾。</li>
     * <li>以此類推，直到所有元素均排序完畢。</li>
     * </ul>
     *
     * @param numbers
     */
    public
 
static
 
void
 selectSort(
int
[] numbers) {
        int
 size = numbers.length, temp;
        for
 (
int
 i = 
0
; i < size; i++) {
            int
 k = i;
            for
 (
int
 j = size - 
1
; j > i; j--) {
                if
 (numbers[j] < numbers[k])
                    k = j;
            }
            temp = numbers[i];
            numbers[i] = numbers[k];
            numbers[k] = temp;
        }
    }
    /**
     * 插入排序<br/>
     * <ul>
     * <li>從第一個元素開始，該元素可以認爲已經被排序</li>
     * <li>取出下一個元素，在已經排序的元素序列中從後向前掃描</li>
     * <li>如果該元素（已排序）大於新元素，將該元素移到下一位置</li>
     * <li>重複步驟3，直到找到已排序的元素小於或者等於新元素的位置</li>
     * <li>將新元素插入到該位置中</li>
     * <li>重複步驟2</li>
     * </ul>
     *
     * @param numbers
     */
    public
 
static
 
void
 insertSort(
int
[] numbers) {
        int
 size = numbers.length, temp, j;
        for
 (
int
 i = 
1
; i < size; i++) {
            temp = numbers[i];
            for
 (j = i; j > 
0
 && temp < numbers[j - 
1
]; j--)
                numbers[j] = numbers[j - 1
];
            numbers[j] = temp;
        }
    }
    /**
     * 歸併排序<br/>
     * <ul>
     * <li>申請空間，使其大小爲兩個已經排序序列之和，該空間用來存放合併後的序列</li>
     * <li>設定兩個指針，最初位置分別爲兩個已經排序序列的起始位置</li>
     * <li>比較兩個指針所指向的元素，選擇相對小的元素放入到合併空間，並移動指針到下一位置</li>
     * <li>重複步驟3直到某一指針達到序列尾</li>
     * <li>將另一序列剩下的所有元素直接複製到合併序列尾</li>
     * </ul>
     * 算法參考：<a href="http://www.cnitblog.com/intrl/" mce_href="http://www.cnitblog.com/intrl/">Java部落</a>
     *
     * @param numbers
     */
    public
 
static
 
void
 mergeSort(
int
[] numbers, 
int
 left, 
int
 right) {
        int
 t = 
1
;
// 每組元素個數
        int
 size = right - left + 
1
;
        while
 (t < size) {
            int
 s = t;
// 本次循環每組元素個數
            t = 2
 * s;
            int
 i = left;
            while
 (i + (t - 
1
) < size) {
                merge(numbers, i, i + (s - 1
), i + (t - 
1
));
                i += t;
            }
            if
 (i + (s - 
1
) < right)
                merge(numbers, i, i + (s - 1
), right);
        }
    }
    /**
     * 歸併算法實現
     *
     * @param data
     * @param p
     * @param q
     * @param r
     */
    private
 
static
 
void
 merge(
int
[] data, 
int
 p, 
int
 q, 
int
 r) {
        int
[] B = 
new
 
int
[data.length];
        int
 s = p;
        int
 t = q + 
1
;
        int
 k = p;
        while
 (s <= q && t <= r) {
            if
 (data[s] <= data[t]) {
                B[k] = data[s];
                s++;
            } else
 {
                B[k] = data[t];
                t++;
            }
            k++;
        }
        if
 (s == q + 
1
)
            B[k++] = data[t++];
        else
            B[k++] = data[s++];
        for
 (
int
 i = p; i <= r; i++)
            data[i] = B[i];
    }

}

/** * BubbleSort.class */ package test.sort; import java.util.Random; /** * Java實現的排序類 * * @author cyq * */ public class NumberSort { /** * 私有構造方法，禁止實例化 */ private NumberSort() { super(); } /** * 冒泡法排序<br/> * <ul> * <li>比較相鄰的元素。如果第一個比第二個大，就交換他們兩個。</li> * <li>對每一對相鄰元素作同樣的工作，從開始第一對到結尾的最後一對。在這一點，最後的元素應該會是最大的數。</li> * <li>針對所有的元素重複以上的步驟，除了最後一個。</li> * <li>持續每次對越來越少的元素重複上面的步驟，直到沒有任何一對數字需要比較。</li> * </ul> * * @param numbers * 需要排序的整型數組 */ public static void bubbleSort(int[] numbers) { int temp; // 記錄臨時中間值 int size = numbers.length; // 數組大小 for (int i = 0; i < size - 1; i++) { for (int j = i + 1; j < size; j++) { if (numbers[i] < numbers[j]) { // 交換兩數的位置 temp = numbers[i]; numbers[i] = numbers[j]; numbers[j] = temp; } } } } /** * 快速排序<br/> * <ul> * <li>從數列中挑出一個元素，稱爲“基準”</li> * <li>重新排序數列，所有元素比基準值小的擺放在基準前面，所有元素比基準值大的擺在基準的後面（相同的數可以到任一邊）。在這個分割之後， * 該基準是它的最後位置。這個稱爲分割（partition）操作。</li> * <li>遞歸地把小於基準值元素的子數列和大於基準值元素的子數列排序。</li> * </ul> * * @param numbers * @param start * @param end */ public static void quickSort(int[] numbers, int start, int end) { if (start < end) { int base = numbers[start]; // 選定的基準值（第一個數值作爲基準值） int temp; // 記錄臨時中間值 int i = start, j = end; do { while ((numbers[i] < base) && (i < end)) i++; while ((numbers[j] > base) && (j > start)) j--; if (i <= j) { temp = numbers[i]; numbers[i] = numbers[j]; numbers[j] = temp; i++; j--; } } while (i <= j); if (start < j) quickSort(numbers, start, j); if (end > i) quickSort(numbers, i, end); } } /** * 選擇排序<br/> * <ul> * <li>在未排序序列中找到最小元素，存放到排序序列的起始位置</li> * <li>再從剩餘未排序元素中繼續尋找最小元素，然後放到排序序列末尾。</li> * <li>以此類推，直到所有元素均排序完畢。</li> * </ul> * * @param numbers */ public static void selectSort(int[] numbers) { int size = numbers.length, temp; for (int i = 0; i < size; i++) { int k = i; for (int j = size - 1; j > i; j--) { if (numbers[j] < numbers[k]) k = j; } temp = numbers[i]; numbers[i] = numbers[k]; numbers[k] = temp; } } /** * 插入排序<br/> * <ul> * <li>從第一個元素開始，該元素可以認爲已經被排序</li> * <li>取出下一個元素，在已經排序的元素序列中從後向前掃描</li> * <li>如果該元素（已排序）大於新元素，將該元素移到下一位置</li> * <li>重複步驟3，直到找到已排序的元素小於或者等於新元素的位置</li> * <li>將新元素插入到該位置中</li> * <li>重複步驟2</li> * </ul> * * @param numbers */ public static void insertSort(int[] numbers) { int size = numbers.length, temp, j; for (int i = 1; i < size; i++) { temp = numbers[i]; for (j = i; j > 0 && temp < numbers[j - 1]; j--) numbers[j] = numbers[j - 1]; numbers[j] = temp; } } /** * 歸併排序<br/> * <ul> * <li>申請空間，使其大小爲兩個已經排序序列之和，該空間用來存放合併後的序列</li> * <li>設定兩個指針，最初位置分別爲兩個已經排序序列的起始位置</li> * <li>比較兩個指針所指向的元素，選擇相對小的元素放入到合併空間，並移動指針到下一位置</li> * <li>重複步驟3直到某一指針達到序列尾</li> * <li>將另一序列剩下的所有元素直接複製到合併序列尾</li> * </ul> * 算法參考：<a href="http://www.cnitblog.com/intrl/" mce_href="http://www.cnitblog.com/intrl/">Java部落</a> * * @param numbers */ public static void mergeSort(int[] numbers, int left, int right) { int t = 1;// 每組元素個數 int size = right - left + 1; while (t < size) { int s = t;// 本次循環每組元素個數 t = 2 * s; int i = left; while (i + (t - 1) < size) { merge(numbers, i, i + (s - 1), i + (t - 1)); i += t; } if (i + (s - 1) < right) merge(numbers, i, i + (s - 1), right); } } /** * 歸併算法實現 * * @param data * @param p * @param q * @param r */ private static void merge(int[] data, int p, int q, int r) { int[] B = new int[data.length]; int s = p; int t = q + 1; int k = p; while (s <= q && t <= r) { if (data[s] <= data[t]) { B[k] = data[s]; s++; } else { B[k] = data[t]; t++; } k++; } if (s == q + 1) B[k++] = data[t++]; else B[k++] = data[s++]; for (int i = p; i <= r; i++) data[i] = B[i]; } }

數字排序算法通常用來作爲算法入門課程的基本內容，在實際應用（尤其是普通商業軟件）中使用的頻率較低，但是通過排序算法的實現，可以深入瞭解計算機語言的特點，可以以此作爲學習各種編程語言的基礎。