十大排序

十大排序.png

912. Sort an Array
排序
排序大体可分为两类,基于比较的和不基于比较的。
计数排序,桶排序和基数排序不基于比较。

简单描述.png
  • 冒泡排序 bubble sort
    对于相邻两个数,如果前者大于后者,交换
    完成一轮后会选出一个最大的
    需要交换多少次?求逆序对个数
class Solution {
    public int[] sortArray(int[] nums) {
        if (nums == null || nums.length == 0) return new int[0];
        bubbleSort(nums);
        return nums;
    }
    private void bubbleSort(int[] nums) {
        //如果最后一个num最小,将其移动到最前面需要 n-1 steps
        for (int i = nums.length-1; i > 0; i--) {
            boolean isSorted = true;
            for (int j = 0; j + 1 <= i; j++) {
                if (nums[j+1] < nums[j]) {
                    swap(nums, j, j+1);
                    isSorted = false;     //这一次loop发生了排序
                }
            }
            if (isSorted) break;
        }
    }
    private void swap(int[] nums, int i, int j) {
        int temp = nums[i];
        nums[i] = nums[j];
        nums[j] = temp;
    }
}
  • 选择排序 selection sort
class Solution {
    public int[] sortArray(int[] nums) {
        if (nums == null || nums.length == 0) return new int[0];
        selectionSort(nums);
        return nums;
    }
    private void selectionSort(int[] nums) {
        //每次在[i, n-1]中选择一个最小的, 放到i
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            int minIdx = i; 
            for (int j = i; j < nums.length; j++) {
                if (nums[minIdx] > nums[j]) {
                    minIdx = j;
                }
            }
            swap(nums, minIdx, i);
        }
    }
    private void swap(int[] nums, int i, int j) {
        int temp = nums[i];
        nums[i] = nums[j];
        nums[j] = temp;
    }
}
  • 插入排序 insertion sort
class Solution {
    public int[] sortArray(int[] nums) {
        if (nums == null || nums.length == 0) return new int[0];
        inertionSort(nums);
        return nums;
    }
    private void inertionSort(int[] nums) {
        //选第i个,插入到[0, i-1]中
        for (int i = 1; i < nums.length; i++) {
            int t = nums[i];
            int j = i-1;
            while (j >= 0 && nums[j] > t) {
                nums[j+1] = nums[j]; 
                j--;
            }
            nums[j+1] = t;
        }
    }
}
  • 归并排序 merge sort
    148. Sort List
    mergeSort和堆排序是唯二的worst case是O(n log n)
    并且mergeSort是稳定的
    merge_sort.png
class Solution {
    public int[] sortArray(int[] nums) {
        if (nums == null || nums.length == 0) return new int[0]; 
        mergeSort(0, nums.length-1, nums);
        return nums;
    }
    private void mergeSort(int lo, int hi, int[] nums) {
        if (lo >= hi) {
            return;
        }
        int mid = lo + (hi - lo) / 2;
        mergeSort(lo, mid, nums);
        mergeSort(mid+1, hi, nums);
        merge(lo, mid, hi, nums);
    }
    private void merge(int lo, int mid, int hi, int[] nums) {
        int[] temp = new int[hi-lo+1];
        int i = lo, j = mid + 1, k = 0;
        while (i <= mid && j <= hi) {
            if (nums[i] < nums[j]) {
                temp[k++] = nums[i++];
            } else {
                temp[k++] = nums[j++];
            }
        }
        while (i <= mid) {
            temp[k++] = nums[i++];
        }
        while (j <= hi) {
            temp[k++] = nums[j++];
        }
        for (int idx = lo; idx <= hi; idx++) {
            nums[idx] = temp[idx - lo];
        }
    }
}
  • 快速排序 quick sort
//模板一
class Solution {
    public int[] sortArray(int[] nums) {
        if (nums == null || nums.length == 0) return new int[0];
        quickSort(nums, 0, nums.length-1);
        return nums;
    }
    private void quickSort(int[] nums, int l, int r) {
        if (l >= r) return;
        int i = l-1, j = r+1, m = l+(r-l)/2;
        int x = nums[m];
        while (i < j) {
            do i++; while (nums[i] < x);
            do j--; while (nums[j] > x);
            if (i < j) {
                swap(nums, i, j);
            } else {
                quickSort(nums, l, j);
                quickSort(nums, j+1, r);
            }
        }
    }
    private void swap(int[] nums, int i, int j) {
        int temp = nums[i];
        nums[i] = nums[j];
        nums[j] = temp;
    }
}
//模板二
class Solution {
    Random rand = new Random();
    public int[] sortArray(int[] nums) {
        if (nums == null || nums.length == 0) return new int[0];
        quickSort(nums, 0, nums.length-1);
        return nums;
    }
    private void quickSort(int[] nums, int l, int r) {
        if (l >= r) return;
        int p = partition(nums, l, r);
        quickSort(nums, l, p-1);
        quickSort(nums, p+1, r);
    }
    private int partition(int[] nums, int l, int r) {
        //随机化快排
        int p = l + rand.nextInt(r-l+1);   //[0, r-l] + l = [l, r]
        int pivot = nums[p];
        swap(nums, p, l);
        // int pivot = nums[l];
        p = l+1;
        for (int i = l+1; i <= r; i++) {
            if (nums[i] < pivot) {
                swap(nums, i, p++);
            }
        }
        swap(nums, l, p-1);
        return p-1;
    }
    private void swap(int[] nums, int i, int j) {
        int temp = nums[i];
        nums[i] = nums[j];
        nums[j] = temp;
    }
}
//基于链表的快速排序
快排
  • 堆排序 heap sort
class Solution {
    //用一个大根堆,每次取出最大的放在最后面
    public int[] sortArray(int[] nums) {
        if (nums == null || nums.length == 0) return new int[0];
        heapSort(nums, nums.length);
        return nums;
    }
    
    private void heapSort(int[] nums, int n) {
        buildHeap(nums, n);
        //每次将顶部和最后一个交换,再对顶部做heapify
        for (int i = n-1; i >= 0; i--) {
            //每次swap完,与顶部交换的就是最大的
            swap(nums, 0, i);
            //最后一部分[i, n-1]就是sorted的了,只需对[0, i-1] (长度为i) 做heapify
            heapify(nums, 0, i);  
        }
    }
    
    //从倒数第二层向上每个点做heapify
    private void buildHeap(int[] nums, int n) {
        int lastNode = nums.length - 1;
        int f = (lastNode - 1) / 2;
        for (int i = f; i >= 0; i--) {
            heapify(nums, i, n);
        }
    }
    
    //确保i和i的子树是一个min—heap
    private void heapify(int[] nums, int i, int n) {
        int max = i;
        int c1 = 2*i+1;
        int c2 = 2*i+2;
        if (c1 < n && nums[max] < nums[c1]) {
            max = c1;
        } 
        if (c2 < n && nums[max] < nums[c2]) {
            max = c2;
        }
        if (max != i) {
            swap(nums, max, i);
            heapify(nums, max, n);
        }
    }
    
    private void swap(int[] nums, int i, int j) {
        int temp = nums[i];
        nums[i] = nums[j];
        nums[j] = temp;
    }
}
  • 计数排序 counting sort
  • 桶排序 bucket sort
  • 基数排序 radix sort
    164. Maximum Gap
    基数排序.png
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