X5-3、java数据结构---交换排序算法【2020-12-6】

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一、冒泡排序

1、何为冒泡

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。
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。(这里说的优化，可以在冒泡排序写好后，在进行)

2、思路

image.png

3、代码：

package com.kk.datastructure.sort;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Arrays;
import java.util.Date;

/**
 * title: 冒泡排序+优化
 * @author 阿K
 * 2020年12月6日 下午9:08:11 
 */
public class BubbleSort {

    public static void main(String[] args) {    
        // int arr[] = {3, 9, -1, 10, 20};
        // new BubbleSort(arr);
        // System.out.println(Arrays.toString(arr));
        
        // 测试一下冒泡排序的速度O(n^2), 给80000个数据，测试
        // 创建要给80000个的随机的数组
        int[] arr = new int[80000];
        for(int i =0; i < 80000;i++) {
            arr[i] = (int)(Math.random() * 8000000); //生成一个[0, 8000000) 数
        }
        new BubbleSort(arr);
    }
    
    
    SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
    // 策略模式
    public BubbleSort(int[] arr) {
        long time = new Date().getTime();
        bubbleSort(arr);
        long time2 = new Date().getTime();
        System.out.println("使用了："+(time2-time)+"毫秒");
    }
    
    // 冒泡排序  Api
    private static void bubbleSort(int[] arr) {
        int temp = 0;// 用于交换的临时变量 
        boolean flag = false;// 用于标识，是否交换过 
        // 冒泡排序 的时间复杂度 O(n^2),因为套了两个循环
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < arr.length- 1 -i; j++) {
                // 如果前面的数比后面的数大，则交换
                if(arr[j]>arr[j+1]) {
                    flag = true;
                    temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j+1];
                    arr[j+1]= temp;
                }
            }
            if(!flag) {
                // 在一趟排序中，一次交换都没有发生过,或者是一大轮已经排了一次
                break;// 无序继续操作
            }else {
                flag = false;// 重置flag!!!, 进行下次判断
            }
        }
    }
}

4、随机8w数据性能测试

image.png

二、快速排序

1、介绍

快速排序（Quicksort）是对冒泡排序的一种改进。

2、基本思想

通过一趟排序将要排序的数据分割成独立的两部分，其中一部分的所有数据都比另外一部分的所有数据都要小，然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序，整个排序过程可以递归进行，以此达到整个数据变成有序序列

image.png

注：左递归和有递归并不是同时进行的

3、代码

/**
 * title: 快速排序
 * @author 阿K
 * 2020年12月12日 下午3:05:16 
 */
public class QuickSort {
    public static void main(String[] args) {
        // int[] arr = {-9,78,0,23,-567,70, -1,900, 4561};

        // 测试快排的执行速度
        // 创建要给80000个的随机的数组
        int[] arr = new int[8000000];
        for (int i = 0; i < 8000000; i++) {
            arr[i] = (int) (Math.random() * 8000000); // 生成一个[0, 8000000) 数
        }

        new QuickSort(arr);
        // System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }

    public QuickSort(int[] arr) {
        long time = new Date().getTime();
        quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
        long time2 = new Date().getTime();
        System.out.println("快速排序 排" + (arr.length) + "个数据，使用" + (time2 - time) + "毫秒");
    }

    // 快速排序 Api
    public void quickSort(int[] arr, int left, int rigth) {
        int l = left;// 左下标
        int r = rigth;// 右下标

        // pivot 既中轴 的值
        int pivot = arr[(rigth + left) / 2];
        int temp = 0;// temp 临时变量为交换时 引用

        // while目的：
        // 1、让其比 pivot 小的值 放左边
        // 2、让其比 pivot 大的值 放右边
        while (l < r) {// 前提： 左边始终小于右边的值
            // 在pivot 的左边一直找，找到大于等于 pivot值，才退出
            while (arr[l] < pivot) {
                l += 1;// 或l++，不过 后自增似乎效率低，因为最终还是 l=l+1 既 l+=1
            }
            // 在pivot 的右边一直找，找到小于等于pivot值，才退出
            while (arr[r] > pivot) {
                r -= 1;
            }

            // 若 l >= r 则说明 pivot 两边的值已经按照 规则 ：
            // 左边全部小于等于pivot,右边全部大于等于pivot 排列好了(最终结果)
            if (l >= r) {
                break;
            }

            // 交换
            temp = arr[l];
            arr[l] = arr[r];
            arr[r] = temp;

            // 若交换后发现：arr[l] = arr[pivot] 值相等， 则前移 r--
            if (arr[l] == pivot) {
                r -= 1;
            }
            // 若交换后发现：arr[r] = arr[pivot] 值相等， 则后移 l++
            if (arr[r] == pivot) {
                l += 1;
            }
        }

        // 若 l==r ,则必须 l++，r-- 否则陷入死循环，导致栈溢出
        if (l == r) {
            l += 1;
            r -= 1;
        }

        // 向左递归
        if (left < r)
            quickSort(arr, left, r);
        // 向右递归
        if (rigth > l)
            quickSort(arr, l, rigth);
    }
}

4、性能测试：800W个数据

image.png

5、结论须知

1、如果取消左右递归，结果是 -9 -567 0 23 78 70
2、如果取消右递归,结果是 -567 -9 0 23 78 70
3、如果取消左递归,结果是 -9 -567 0 23 70 78