Select Sort

public class SelectionSort {
    private SelectionSort(){}
    public static void sort(int[] arr){
        int n = arr.length;
        for( int i = 0 ; i < n ; i ++ ){
            // 寻找[i, n)区间里的最小值的索引
            int minIndex = i;
            for( int j = i + 1 ; j < n ; j ++ )
                if( arr[j] < arr[minIndex] )
                    minIndex = j;
            swap( arr , i , minIndex);
        }
    }
    private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
        int t = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = t;
    }
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {10,9,8,7,6,5,4,3,2,1};
        SelectionSort.sort(arr);
        for( int i = 0 ; i < arr.length ; i ++ ){
            System.out.print(arr[i]);
            System.out.print(' ');
        }
        System.out.println();
    }
}

Insert Sort

• 内层循环可能不需要执行满，因为比选择排序快（可提前终止内层循环，最快速度高）

import java.util.*;
public class InsertionSort{
    private InsertionSort(){}
    public static void sort(Comparable[] arr){
        int n = arr.length;
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            // 寻找元素arr[i]合适的插入位置
            // 写法1
//            for( int j = i ; j > 0 ; j -- )
//                if( arr[j].compareTo( arr[j-1] ) < 0 )
//                    swap( arr, j , j-1 );
//                else
//                    break;

            // 写法2
//            for( int j = i; j > 0 && arr[j].compareTo(arr[j-1]) < 0 ; j--)
//                swap(arr, j, j-1);

            // 写法3
            // 减少swap赋值操作
            Comparable e = arr[i];
            int j = i;
            for( ; j > 0 && arr[j-1].compareTo(e) > 0 ; j--)
                arr[j] = arr[j-1];
            arr[j] = e;
        }
    }
    private static void swap(Object[] arr, int i, int j) {
        Object t = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = t;
    }
}

Merge-Sort

import java.util.*;
// 优化的Merge Sort算法
public class MergeSort2{

    private MergeSort2(){}

    // 将arr[l...mid]和arr[mid+1...r]两部分进行归并
    private static void merge(Comparable[] arr, int l, int mid, int r) {

        Comparable[] aux = Arrays.copyOfRange(arr, l, r+1);

        // 初始化，i指向左半部分的起始索引位置l；j指向右半部分起始索引位置mid+1
        int i = l, j = mid+1;
        for( int k = l ; k <= r; k ++ ){

            if( i > mid ){  // 如果左半部分元素已经全部处理完毕
                arr[k] = aux[j-l]; j ++;
            }
            else if( j > r ){   // 如果右半部分元素已经全部处理完毕
                arr[k] = aux[i-l]; i ++;
            }
            else if( aux[i-l].compareTo(aux[j-l]) < 0 ){  // 左半部分所指元素 < 右半部分所指元素
                arr[k] = aux[i-l]; i ++;
            }
            else{  // 左半部分所指元素 >= 右半部分所指元素
                arr[k] = aux[j-l]; j ++;
            }
        }
    }

    // 递归使用归并排序,对arr[l...r]的范围进行排序
    private static void sort(Comparable[] arr, int l, int r) {

        // 优化2: 对于小规模数组, 使用插入排序
        if( r - l <= 15 ){
            InsertionSort.sort(arr, l, r);
            return;
        }

        int mid = (l+r)/2;
        sort(arr, l, mid);
        sort(arr, mid + 1, r);

        // 优化1: 对于arr[mid] <= arr[mid+1]的情况,不进行merge
        // 对于近乎有序的数组非常有效,但是对于一般情况,有一定的性能损失
        if( arr[mid].compareTo(arr[mid+1]) > 0 )
            merge(arr, l, mid, r);
    }

    public static void sort(Comparable[] arr){

        int n = arr.length;
        sort(arr, 0, n-1);
    }
}

public class MergeSortBU{
    private MergeSortBU(){}

    // 将arr[l...mid]和arr[mid+1...r]两部分进行归并
    private static void merge(Comparable[] arr, int l, int mid, int r) {

        Comparable[] aux = Arrays.copyOfRange(arr, l, r+1);

        // 初始化，i指向左半部分的起始索引位置l；j指向右半部分起始索引位置mid+1
        int i = l, j = mid+1;
        for( int k = l ; k <= r; k ++ ){

            if( i > mid ){  // 如果左半部分元素已经全部处理完毕
                arr[k] = aux[j-l]; j ++;
            }
            else if( j > r ){   // 如果右半部分元素已经全部处理完毕
                arr[k] = aux[i-l]; i ++;
            }
            else if( aux[i-l].compareTo(aux[j-l]) < 0 ){  // 左半部分所指元素 < 右半部分所指元素
                arr[k] = aux[i-l]; i ++;
            }
            else{  // 左半部分所指元素 >= 右半部分所指元素
                arr[k] = aux[j-l]; j ++;
            }
        }
    }

    public static void sort(Comparable[] arr){

        int n = arr.length;

        // Merge Sort Bottom Up 无优化版本
//        for (int sz = 1; sz < n; sz *= 2)
//            for (int i = 0; i < n - sz; i += sz+sz)
//                // 对 arr[i...i+sz-1] 和 arr[i+sz...i+2*sz-1] 进行归并
//                merge(arr, i, i+sz-1, Math.min(i+sz+sz-1,n-1));

        // Merge Sort Bottom Up 优化
        // 对于小数组, 使用插入排序优化
        for( int i = 0 ; i < n ; i += 16 )
            InsertionSort.sort(arr, i, Math.min(i+15, n-1) );

        for( int sz = 16; sz < n ; sz += sz )
            for( int i = 0 ; i < n - sz ; i += sz+sz )
                // 对于arr[mid] <= arr[mid+1]的情况,不进行merge
                if( arr[i+sz-1].compareTo(arr[i+sz]) > 0 )
                    merge(arr, i, i+sz-1, Math.min(i+sz+sz-1,n-1) );
    }
}

Quick-Sort

本质是不平均的归并，递归树不平衡，高度可能很高，最差退化为n^2，即为有序时

或者随机产生标杆

public class QuickSort {

    // 我们的算法类不允许产生任何实例
    private QuickSort(){}

    // 对arr[l...r]部分进行partition操作
    // 返回p, 使得arr[l...p-1] < arr[p] ; arr[p+1...r] > arr[p]
    private static int partition(Comparable[] arr, int l, int r){

        Comparable v = arr[l];

        int j = l; // arr[l+1...j] < v ; arr[j+1...i) > v
        for( int i = l + 1 ; i <= r ; i ++ )
            if( arr[i].compareTo(v) < 0 ){
                j ++;
                swap(arr, j, i);
            }

        swap(arr, l, j);

        return j;
    }

    // 递归使用快速排序,对arr[l...r]的范围进行排序
    private static void sort(Comparable[] arr, int l, int r){

        if( l >= r )
            return;

        int p = partition(arr, l, r);
        sort(arr, l, p-1 );
        sort(arr, p+1, r);
    }

    public static void sort(Comparable[] arr){

        int n = arr.length;
        sort(arr, 0, n-1);
    }

    private static void swap(Object[] arr, int i, int j) {
        Object t = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = t;
    }
}

双路快排

public class QuickSort2Ways {

    private QuickSort2Ways(){}

    // 双路快速排序的partition
    // 返回p, 使得arr[l...p-1] < arr[p] ; arr[p+1...r] > arr[p]
    private static int partition(Comparable[] arr, int l, int r){

        // 随机在arr[l...r]的范围中, 选择一个数值作为标定点pivot
        swap( arr, l , (int)(Math.random()*(r-l+1))+l );

        Comparable v = arr[l];

        // arr[l+1...i) <= v; arr(j...r] >= v
        int i = l+1, j = r;
        while( true ){
            // 注意这里的边界, arr[i].compareTo(v) < 0, 不能是arr[i].compareTo(v) <= 0
            while( i <= r && arr[i].compareTo(v) < 0 )
                i ++;

            // 注意这里的边界, arr[j].compareTo(v) > 0, 不能是arr[j].compareTo(v) >= 0
            while( j >= l+1 && arr[j].compareTo(v) > 0 )
                j --;
            if( i > j )
                break;

            swap( arr, i, j );
            i ++;
            j --;
        }

        swap(arr, l, j);

        return j;
    }

    // 递归使用快速排序,对arr[l...r]的范围进行排序
    private static void sort(Comparable[] arr, int l, int r){

        // 对于小规模数组, 使用插入排序
        if( r - l <= 15 ){
            InsertionSort.sort(arr, l, r);
            return;
        }

        int p = partition(arr, l, r);
        sort(arr, l, p-1 );
        sort(arr, p+1, r);
    }

    public static void sort(Comparable[] arr){

        int n = arr.length;
        sort(arr, 0, n-1);
    }

    private static void swap(Object[] arr, int i, int j) {
        Object t = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = t;
    }
}

应对大量重复值，使用三路排序

碰头后，l,lt交换位置

public class QuickSort3Ways {

    private QuickSort3Ways(){}

    // 递归使用快速排序,对arr[l...r]的范围进行排序
    private static void sort(Comparable[] arr, int l, int r){

        // 对于小规模数组, 使用插入排序
        if( r - l <= 15 ){
            InsertionSort.sort(arr, l, r);
            return;
        }

        // 随机在arr[l...r]的范围中, 选择一个数值作为标定点pivot
        swap( arr, l, (int)(Math.random()*(r-l+1)) + l );

        Comparable v = arr[l];

        int lt = l;     // arr[l+1...lt] < v
        int gt = r + 1; // arr[gt...r] > v
        int i = l+1;    // arr[lt+1...i) == v
        while( i < gt ){
            if( arr[i].compareTo(v) < 0 ){
                swap( arr, i, lt+1);
                i ++;
                lt ++;
            }
            else if( arr[i].compareTo(v) > 0 ){
                swap( arr, i, gt-1);
                gt --;
            }
            else{ // arr[i] == v
                i ++;
            }
        }

        swap( arr, l, lt );

        sort(arr, l, lt-1);
        sort(arr, gt, r);
    }

    public static void sort(Comparable[] arr){

        int n = arr.length;
        sort(arr, 0, n-1);
    }

    private static void swap(Object[] arr, int i, int j) {
        Object t = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = t;
    }
}

其他排序动图演示：

https://www.cnblogs.com/onepixel/articles/7674659.html