冒泡排序，选择排序，插入排序（2023-12-24）

参考文章 十大经典排序算法总结整理_十大排序算法-CSDN博客

package com.tarena.test.B20;

import java.util.Arrays;
import java.util.StringJoiner;

public class B24 {

    public static void main(String[] args) {
        Integer[] arr = new Integer[] { 15, 3, 2, 26, 38, 36, 50, 48, 47, 19, 44, 46, 27, 5, 4 };
        print(arr);
        // 冒泡排序
        print(bubbleSort(Arrays.copyOf(arr, arr.length)));
        // 选择排序
        print(selectionSort(Arrays.copyOf(arr, arr.length)));
        // 插入排序
        print(insertionSort(Arrays.copyOf(arr, arr.length)));
    
    }

    /**
     * 
     * 1、冒泡排序（Bubble Sort）
     * 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。这个算法的名字由来是因为越小的元素会经由交换慢慢“浮”到数列的顶端。
     * 
     * 
     * 1.1 算法描述
     * 
     * 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换它们两个； 对每一对相邻元素作同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对，这样在最后的元素应该会是最大的数；
     * 针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个； 重复步骤1~3，直到排序完成。
     * 
     * 1.4 算法分析
     * 
     * 最佳情况：T(n) = O(n) 最差情况：T(n) = O(n2) 平均情况：T(n) = O(n2)
     * 
     * 解释：冒泡排序的最优的时间复杂度为O(n),其实这是在代码中使用一个标志位来判断是否已经排序好的，是冒泡排序的优化版，如果元素已经排序好，那么循环一次就直接退出。
     * 
     * 时间复杂度： 两层循环，第1次遍历n次(n个元素)，第二次遍历n-1次，... 依次类推。因此，表达式如下：
     * 
     * 
     * 空间复杂度： 没有利用新的数组来帮助完成排序算法，需要一个临时变量用来交换数组内数据位置，所以其空间复杂度为 O(1)
     * 
     */
    public static Integer[] bubbleSort(Integer[] arr) {
        if (null != arr) {
            for (int i = 0, len = arr.length; i < len; i++) {
                int temp = arr[i];
                for (int j = 0, len2 = len - 1 - i; j < len2; j++) {
                    if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                        temp = arr[j];
                        arr[j] = arr[j + 1];
                        arr[j + 1] = temp;
                    }
                }
            }
        }
        return arr;
    }

    /**
     * 2、选择排序（Selection Sort）
     * 选择排序可以看做是冒泡排序的改进，是表现最稳定的排序算法之一，因为无论序列是怎样的都要比较n(n-1)/2次，所以时间复杂度都是O(n2)，
     * 最好、最坏、平均时间复杂度也都为O(n²)，所以用到它的时候，数据规模越小越好。唯一的好处可能就是不占用额外的内存空间了吧，需要一个临时变量用来交换数组内数据位置，所以空间复杂度为O(1)。理论上讲，选择排序可能也是平时排序一般人想到的最多的排序方法了吧。
     * 2.1 算法描述
     * 
     * 选择排序(Selection-sort)是一种简单直观的排序算法。它的工作原理：首先在未排序序列中找到最小（大）元素，
     * 存放到排序序列的起始位置，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，直到所有元素均排序完毕。 2.4
     * 算法分析
     * 
     * 最佳情况：T(n) = O(n2) 最差情况：T(n) = O(n2) 平均情况：T(n) = O(n2)
     * 
     * @param arr
     * @return
     */
    public static Integer[] selectionSort(Integer[] arr) {
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {
                if (arr[j] < arr[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            if (i != minIndex) {
                int temp = arr[minIndex];
                arr[minIndex] = arr[i];
                arr[i] = temp;
            }
        }
        return arr;
    }

    /**
     * 3、插入排序（Insertion Sort）
     * 插入排序（Insertion-Sort）的算法描述是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是通过构建有序序列，对于未排序数据，在已排序序列中从后向前扫描，找到相应位置并插入。插入排序在实现上，通常采用in-place排序（即只需用到O(1)的额外空间的排序），因而在从后向前扫描过程中，需要反复把已排序元素逐步向后挪位，为最新元素提供插入空间。
     * 
     * 3.1 算法描述
     * 
     * 一般来说，插入排序都采用in-place在数组上实现。具体算法描述如下：
     * 
     * 从第一个元素开始，该元素可以认为已经被排序； 取出下一个元素，在已经排序的元素序列中从后向前扫描； 如果该元素（已排序）大于新元素，将该元素移到下一位置；
     * 重复步骤3，直到找到已排序的元素小于或者等于新元素的位置； 将新元素插入到该位置后； 重复步骤2~5。
     * 
     * 3.4 算法分析
     * 
     * 最佳情况：T(n) = O(n) 最坏情况：T(n) = O(n2) 平均情况：T(n) = O(n2)
     * 
     * 如果序列是完全有序的，插入排序只要比较n次，无需移动时间复杂度为O(n)，如果序列是逆序的，插入排序要比较O(n²)和移动O(n²)
     * ，所以平均复杂度为O(n²)，最好为O(n)，最坏为O(n²)，排序过程中只要一个辅助空间，所以空间复杂度O(1)。
     * 
     * @param arr
     * @return
     */
    public static Integer[] insertionSort(Integer[] arr) {
        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            int j = i - 1;
            if (arr[i] < arr[j]) {
                int temp = arr[i];
                for (; j >= 0; j--) {
                    if (arr[j] > temp) {
                        arr[j + 1] = arr[j];
                    } else {
                        break;
                    }
                }
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
        return arr;
    }

    
    public static void print(String name, Integer[] arr) {
        StringJoiner sj = new StringJoiner("-");
        Arrays.stream(arr).forEach(num -> sj.add(String.valueOf(num)));
        System.out.println(name + ":运行结果：" + sj.toString());
    }

    public static void print(Integer[] arr) {
        StringJoiner sj = new StringJoiner("-");
        Arrays.stream(arr).forEach(num -> sj.add(String.valueOf(num)));
        System.out.println("运行结果：" + sj.toString());
    }
}

了解知识点

1、复习一下三种基本的排序算法