Java 排序教程

发布于:2025-08-08 ⋅ 阅读:(18) ⋅ 点赞:(0)

Java 排序教程

排序是数据处理的核心操作,Java 提供了多种实现方式。本教程涵盖内置排序方法和常用算法实现,帮助您逐步掌握排序技术。


一、Java 内置排序方法
  1. Arrays.sort()
    适用于基本类型数组和对象数组:

    import java.util.Arrays;
    
    // 整型数组排序
    int[] numbers = {5, 2, 9, 1};
    Arrays.sort(numbers);  // 结果: [1, 2, 5, 9]
    
    // 对象数组排序(需实现Comparable接口)
    String[] names = {"John", "Alice", "Bob"};
    Arrays.sort(names);    // 结果: ["Alice", "Bob", "John"]
    

  2. Collections.sort()
    专为 List 集合设计:

    import java.util.ArrayList;
    import java.util.Collections;
    
    ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
    list.add(10); list.add(3); list.add(7);
    Collections.sort(list);  // 结果: [3, 7, 10]
    


二、常用排序算法实现
1. 冒泡排序(Bubble Sort)
  • 原理:重复比较相邻元素,将较大值向后移动
  • 时间复杂度:$O(n^2)$
public static void bubbleSort(int[] arr) {
    for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < arr.length - i - 1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                // 交换相邻元素
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
}

2. 插入排序(Insertion Sort)
  • 原理:构建有序序列,逐个插入未排序元素
  • 时间复杂度:$O(n^2)$(最优情况 $O(n)$)
public static void insertionSort(int[] arr) {
    for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
        int key = arr[i];
        int j = i - 1;
        // 将大于key的元素后移
        while (j >= 0 && arr[j] > key) {
            arr[j + 1] = arr[j];
            j--;
        }
        arr[j + 1] = key;  // 插入key到正确位置
    }
}

3. 快速排序(Quick Sort)
  • 原理:分治法,选取基准值分割数组
  • 时间复杂度:平均 $O(n \log n)$,最差 $O(n^2)$
public static void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
    if (low < high) {
        int pi = partition(arr, low, high);  // 获取基准点索引
        quickSort(arr, low, pi - 1);  // 递归左子数组
        quickSort(arr, pi + 1, high); // 递归右子数组
    }
}

private static int partition(int[] arr, int low, int high) {
    int pivot = arr[high];  // 选择最右元素为基准
    int i = low - 1;
    for (int j = low; j < high; j++) {
        if (arr[j] < pivot) {
            i++;
            // 交换小于基准的元素
            int temp = arr[i];
            arr[i] = arr[j];
            arr[j] = temp;
        }
    }
    // 将基准放到正确位置
    int temp = arr[i + 1];
    arr[i + 1] = arr[high];
    arr[high] = temp;
    return i + 1;
}


三、算法选择指南
场景 推荐算法 原因
小规模数据 插入排序 常数因子小,实现简单
通用场景 快速排序 平均性能最优
内存敏感 堆排序 $O(1)$ 额外空间
稳定性要求 归并排序 稳定且 $O(n \log n)$
内置实现 Arrays.sort() 优化过的双轴快速排序

关键概念

  • 稳定性:相等元素的相对顺序不变(如插入排序)
  • 时间复杂度:衡量算法随数据规模的增长速度
  • 空间复杂度:算法运行所需的额外存储空间

通过本教程,您可掌握 Java 排序的核心方法。建议从内置方法入手,再逐步实现经典算法以加深理解。


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