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【蓝桥杯-筑基篇】排序算法
2023-09-12 17:52:17基础资料围观223次
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前言：
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一、冒泡排序
1.什么是冒泡排序？
冒泡排序(Bubble Sorting)的基本思想是:通过对待排序序列从前向后(从下标较小的元素开始)，依次比较相邻元素的值，若发现逆序则交换，使值较大的元素逐渐从前移向后部，就象水底下的气泡一样逐渐向 上冒。
思想：
我们要把相邻的元素两两比较，当一个元素大于右侧相邻元素时，交换它们的位置；当一个元素小于右侧相邻元素时，位置不变
动图演示：
2.冒泡排序代码实现
代码1：
import java.util.Arrays;
public class bubble {
public static void main(String[] args) {
int arr[]={5,8,6,3,9,2,1,7};
System.out.println("排序前："+Arrays.toString(arr));
BubbleSort(arr);
System.out.println("排序后："+Arrays.toString(arr));
}
private static void BubbleSort(int[] arr) {
int temp=0; //临时存储变量
int n=0; //统计排序次数
for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
n++;
for (int j = 0; j < arr.length-i; j++) {
if (arr[j]>arr[j+1]){
temp=arr[j+1];
arr[j+1]=arr[j];
arr[j]=temp;
}
}
System.out.println("第"+n+"轮："+Arrays.toString(arr));
}
}
}
3.冒泡排序代码优化
优化:
因为排序的过程中，各元素不断接近自己的位置，如果一趟比较下来没有进行过交换，就说明序列有序，因此要在排序过程中设置一个标志flag判断元素是否进行过交换。从而减少不必要的比较。
代码2(第一次优化)：
import java.util.Arrays;
public class bubble {
public static void main(String[] args) {
int arr[]={5,8,6,3,9,2,1,7};
System.out.println("排序前："+Arrays.toString(arr));
BubbleSort(arr);
System.out.println("排序后："+Arrays.toString(arr));
}
private static void BubbleSort(int[] arr) {
int temp=0; //临时存储变量
int n=0; //统计排序次数
for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
n++;
boolean flag=true;
for (int j = 0; j < arr.length-i; j++) {
if (arr[j]>arr[j+1]){
temp=arr[j+1];
arr[j+1]=arr[j];
arr[j]=temp;
flag=false;
}
}
if (flag==true){
break;
}
System.out.println("第"+n+"轮："+Arrays.toString(arr));
}
}
}
与第1版代码相比，第2版代码做了小小的改动，利用布尔变量flag作为标记。如果在本轮排序中，元素有交换，则说明数列无序;如果没有元素交换，则说明数列已然有序，然后直接跳出大循环。
这只是冒泡序优化的第一步，我们还可以进一步来提开它的性能。为了说明问题，这次以一个新的数列为例。
为了说明问题，这次以一个新的数列为例
arr={3,4,2,1,5,6,7,8}
import java.util.Arrays;
public class bubble {
public static void main(String[] args) {
int arr[]={3,4,2,1,5,6,7,8};
System.out.println("排序前："+Arrays.toString(arr));
BubbleSort(arr);
System.out.println("排序后："+Arrays.toString(arr));
}
private static void BubbleSort(int[] arr) {
int temp=0; //临时存储变量
int n=0; //统计排序次数
for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
n++;
boolean flag=true;
for (int j = 0; j < arr.length-i; j++) {
System.out.println("排序："+Arrays.toString(arr));
if (arr[j]>arr[j+1]){
temp=arr[j+1];
arr[j+1]=arr[j];
arr[j]=temp;
flag=false;
}
}
if (flag==true){
break;
}
System.out.println("第"+n+"轮："+Arrays.toString(arr));
}
}
}
第一轮中：
元素4和5比较，发现4小于5，所以位置不变。
元素5和6比较，发现5小于6，所以位置不变。
元素6和7比较，发现6小于7，所以位置不变。
元素7和8比较，发现7小于8，所以位置不变。
第二轮中：
元素3和4比较，发现3小于4，所以位置不变。
元素4和5比较，发现4小于5，所以位置不变。
元素5和6比较，发现5小于6，所位位置不变。
元素6和7比较，发现6小于7，所以位置不变。
元素7和8比较，发现7小于8，所以位置不变。
.................................................................
按照现有的逻辑，有序区的长度和排序的轮数是相等的。例如第1轮排序过后的有序区长度是1，第2轮排序过后的有序区长度是2....
实际上，数列真正的有序区可能会大于这个长度，如上述例子中在第2轮排序时，后面的5个元素实际上都已经属于有序区了。因此后面的多次元素比较是没有意义的。
那么，该如何避免这种情况呢?我们可以在每一轮排序后， 记录下来最后一次元素交换的位置，该位置即为无序数列的边界，再往后就是有序区了。
4.冒泡排序代码再次优化
代码3:
import java.util.Arrays;
public class bubble {
public static void main(String[] args) {
int arr[]={3,4,2,1,5,6,7,8};
System.out.println("排序前："+Arrays.toString(arr));
BubbleSort(arr);
System.out.println("排序后："+Arrays.toString(arr));
}
private static void BubbleSort(int[] arr) {
int temp=0; //临时存储变量
int n=0; //统计排序次数
int lastIndex= 0;//记录最后一次交换的位置
int sortBorder= arr.length-1;//无序数列的边界
for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
n++;
boolean flag=true;
for (int j = 0; j < sortBorder; j++) {
System.out.println("排序："+Arrays.toString(arr));
if (arr[j]>arr[j+1]){
temp=arr[j+1];
arr[j+1]=arr[j];
arr[j]=temp;
lastIndex=j;
flag=false;
}
}
sortBorder=lastIndex;
if (flag==true){
break;
}
System.out.println("第"+n+"轮："+Arrays.toString(arr));
}
}
}
二、选择排序
基本介绍：
选择式排序也属于内部排序法，是从欲排序的数据中，按指定的规则选出某一元素，再依规定交换位置后达到排序的目的。
思想：
选择排序 (select sorting) 也是一种简单的排序方法。它的基本思想是: 第一次从 arr[0]~arr[n-1]中选取最小值,与arr[0]交换,第二次从 ar[1]~arr[n-1]中选取最小值,与 arr[1]交换,第三次从 ar[2]~arr[n-1]中选取最小值,与 arr[2]交换，.................，第 i 次从arr[i-1]~arr[n-1]中选取最小值，与 arr[i-1]交换，.............，第n-1 次从arr[n-2] ~ arr [n-1]中选取最小值,与 arr[n-2]交换，总共通过 n-1 次，得到一个按排序码从小到大排列的有序序列。
1.选择排序
//普通选择排序
public static void sort1(int[] array){
int count = 0;//统计运行次数
int cnt = 0; //交换次数
for(int i=0;i<array.length-1;i++) {
int min=array[i];
int minIndex=i;
count++;
for(int j=i+1;j<array.length;j++){
if(min>array[j]) {
min=array[j];
minIndex=j;
}
}
if(minIndex!=i){
cnt++;
array[minIndex]=array[i];
array[i]=min;
}
}
System.out.println(Arrays.toString(array));
System.out.println("运行次数:"+count+"次 交换次数:"+cnt);
}2.优化版
import java.util.Arrays;
import java.util.Random;
/**
* 选择排序优化
*/
class SelectionSort2 {
public static void main(String[] args) {
//产生一个随机数组
Random r = new Random();
int arr[] = new int[2000];
for(int i=0;i<arr.length;i++){
arr[i] =r.nextInt(1000);
}
//因为本优化版本每次循环找出最大以及最小值，所以执行执行：arr.length/2
int ArrLength = (arr.length/2);
int temp1,temp2;
long count = 0;
//记录开始时间
long startStamp = System.currentTimeMillis();
//算法开始
for(int j=0;j<ArrLength;j++){
int minIndex = j;
int maxIndex= j;
for(int i=j;i<arr.length-j;i++){
if (arr[minIndex] > arr[i]) {
minIndex = i;
}
if (arr[maxIndex] < arr[i]) {
maxIndex= i;
}
count++;
}
temp1 = arr[minIndex];
arr[minIndex] = arr[j];
arr[j] = temp1;
if(j!=maxIndex) { //maxIndex不能再原本的minIndex位置上
temp2 = arr[maxIndex];
arr[maxIndex] = arr[arr.length - j - 1];
}else{
temp2 = arr[minIndex];
arr[minIndex] = arr[arr.length - j - 1];
}
arr[arr.length - j - 1] = temp2;
}
//计算算法结束时间
long endStamp = System.currentTimeMillis();
System.out.println("用时总长:"+(endStamp-startStamp));
System.out.println("循环次数:"+count);
System.out.println(Arrays.toString(arr));
}
}三、插入排序
插入排序(Insertion Sorting)的基本思想是:把n个待排序的元素看成为一个有序表和一个无序表，开始时有序表中只包含一个元素，无序表中包含有n -1 个元素，排序过程中每次从无序表中取出第一个元素，把它的排序码依次与有序表元素的排序码进行比较，将它插入到有序表中的适当位置，使之成为新的有序表。
Java实现插入排序的代码如下：
public static void insertionSort(int[] arr) {
for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
int key = arr[i];
int j = i - 1;
while (j >= 0 && arr[j] > key) {
arr[j + 1] = arr[j];
j--;
}
arr[j + 1] = key;
}
}上面的代码使用了两重循环，外层循环枚举未排序部分的元素，内层循环在已排序部分中找到适当的位置并进行插入。
这段代码的时间复杂度为O(n^2)，空间复杂度为O(1)。
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