Java-实现常用排序

以下将详细介绍几种常用的排序算法，并给出 Java 代码实现，同时对每个算法的思路进行文字描述和简单的说明。

1. 冒泡排序

冒泡排序是一种简单的排序算法。它重复地走访过要排序的数列，一次比较两个元素，如果它们的顺序错误就把它们交换过来。走访数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换，也就是说该数列已经排序完成。

假设有数组 [5, 3, 8, 4, 2]，冒泡排序的过程如下：

第一轮：比较相邻元素，将较大的元素交换到右边。
比较 5 和 3，交换得到 [3, 5, 8, 4, 2]
比较 5 和 8，不交换 [3, 5, 8, 4, 2]
比较 8 和 4，交换得到 [3, 5, 4, 8, 2]
比较 8 和 2，交换得到 [3, 5, 4, 2, 8]
第二轮：重复上述过程，但最后一个元素已经是最大的，不需要再比较。
比较 3 和 5，不交换 [3, 5, 4, 2, 8]
比较 5 和 4，交换得到 [3, 4, 5, 2, 8]
比较 5 和 2，交换得到 [3, 4, 2, 5, 8]
以此类推，直到整个数组有序。

public class BubbleSort {
    public static void bubbleSort(int[] arr) {
        int n = arr.length;
        for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {
                // 如果当前元素比下一个元素大，则交换它们
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    int temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {5, 3, 8, 4, 2};
        bubbleSort(arr);
        for (int num : arr) {
            System.out.print(num + " ");
        }
    }
}

2. 选择排序

选择排序是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是每一次从待排序的数据元素中选出最小（或最大）的一个元素，存放在序列的起始位置，然后，再从剩余未排序元素中继续寻找最小（大）元素，然后放到已排序序列的末尾。以此类推，直到全部待排序的数据元素排完。

假设有数组 [5, 3, 8, 4, 2]，选择排序的过程如下：

第一轮：在整个数组中找到最小的元素 2，与第一个元素 5 交换，得到 [2, 3, 8, 4, 5]
第二轮：在剩余的元素 [3, 8, 4, 5] 中找到最小的元素 3，不需要交换，数组还是 [2, 3, 8, 4, 5]
第三轮：在剩余的元素 [8, 4, 5] 中找到最小的元素 4，与第三个元素 8 交换，得到 [2, 3, 4, 8, 5]
以此类推，直到整个数组有序。

public class SelectionSort {
    public static void selectionSort(int[] arr) {
        int n = arr.length;
        for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
            int minIndex = i;
            // 找到最小元素的索引
            for (int j = i + 1; j < n; j++) {
                if (arr[j] < arr[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            // 交换最小元素和当前元素
            int temp = arr[minIndex];
            arr[minIndex] = arr[i];
            arr[i] = temp;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {5, 3, 8, 4, 2};
        selectionSort(arr);
        for (int num : arr) {
            System.out.print(num + " ");
        }
    }
}

3. 快速排序

从数列中挑出一个元素，称为 “基准”。重新排序数列，所有元素比基准值小的摆放在基准前面，所有元素比基准值大的摆在基准的后面（相同的数可以到任一边）。在这个分区退出之后，该基准就处于数列的中间位置。这个称为分区操作。递归地把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序。

假设有数组 [5, 3, 8, 4, 2]，选择 5 作为基准：

分区操作：将小于 5 的元素放在左边，大于 5 的元素放在右边，得到 [3, 4, 2, 5, 8]
递归地对左右子数组 [3, 4, 2] 和 [8] 进行排序。

public class QuickSort {
    public static void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
        if (low < high) {
            // 分区操作
            int pi = partition(arr, low, high);
            // 递归排序左子数组
            quickSort(arr, low, pi - 1);
            // 递归排序右子数组
            quickSort(arr, pi + 1, high);
        }
    }

    public static int partition(int[] arr, int low, int high) {
        int pivot = arr[high];
        int i = low - 1;
        for (int j = low; j < high; j++) {
            if (arr[j] < pivot) {
                i++;
                // 交换 arr[i] 和 arr[j]
                int temp = arr[i];
                arr[i] = arr[j];
                arr[j] = temp;
            }
        }
        // 交换 arr[i+1] 和 arr[high]
        int temp = arr[i + 1];
        arr[i + 1] = arr[high];
        arr[high] = temp;
        return i + 1;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {5, 3, 8, 4, 2};
        quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
        for (int num : arr) {
            System.out.print(num + " ");
        }
    }
}