题解 | #排序#（九大排序算法Java实现）

import java.util.*;
import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;


public class Solution {
    /**
     * 代码中的类名、方法名、参数名已经指定，请勿修改，直接返回方法规定的值即可
     *
     * 将给定数组排序
     * @param arr int整型一维数组 待排序的数组
     * @return int整型一维数组
     */
    public int[] MySort (int[] arr) {
        // write code here
        //bubbleSort(arr);
        //selectionSort(arr);
        //heapSort(arr);
        // insertSort(arr);
        //shellSort(arr);
        //mergeSort(arr);
        //mergeSort1(arr);
        //quickSort(arr);
        //countSort(arr);
        bucketSort(arr, 100);
        return arr;
    }
    // 冒泡排序
    private void bubbleSort(int[] arr) {
        for (int i = arr.length - 1; i > 0; i--) {
            boolean flag = false;
            for (int j = 0; j < i; j++) {
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    int temp = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = arr[j];
                    arr[j] = temp;
                    flag = true;
                }
            }
            if (!flag)break;
        }
    }
    // 选择排序
    private void selectionSort(int[] arr) {
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {
                if (arr[j] < arr[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            if (i == minIndex)continue;
            int temp = arr[i];
            arr[i] = arr[minIndex];
            arr[minIndex] = temp;
        }
    }
    // 堆排序
    private void heapSort(int[] arr) {
        int n = arr.length;
        for (int i = n / 2 - 1; i >= 0; i--) {
            heapify(arr, n, i);
        }
        // 将堆顶元素与堆尾元素交换，并且重新调整
        for (int i = n - 1; i > 0; i--) {
            int temp = arr[0];
            arr[0] = arr[i];
            arr[i] = temp;
            heapify(arr, i, 0);
        }
    }
    private void heapify(int[] arr, int n, int i) {
        int largest = i; // 初始化最大元素为根节点
        int left = i * 2 + 1;
        int right = left + 1;
        if (left < n && arr[left] > arr[largest]) {
            largest = left;
        }
        if (right < n && arr[right] > arr[largest]) {
            largest = right;
        }
        if (i != largest) {
            int temp = arr[i];
            arr[i] = arr[largest];
            arr[largest] = temp;
            heapify(arr, n, largest);
        }
    }
    // 插入排序
    private void insertSort(int[] arr) {
        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            int idx = i - 1;
            int insert = arr[i];
            while (idx >= 0 && insert < arr[idx]) {
                arr[idx + 1] = arr[idx];
                idx--;
            }
            arr[idx + 1] = insert;
        }
    }
    // 希尔排序
    private void shellSort(int[] arr) {
        int gap = arr.length >> 2;
        while (gap > 0) {
            for (int i = gap; i < arr.length; i++) {
                int temp = arr[i];
                int j = i;
                while (j >= gap && arr[j - gap] > temp) {
                    arr[j] = arr[j - gap];
                    j -= gap;
                }
                arr[j] = temp;
            }
            gap /= 2;
        }
    }
    // 归并排序
    // 自顶至下的递归版本
    private void mergeSort(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length < 2)return;
        int[] temp = new int[arr.length];
        mergeSort(arr, 0, arr.length - 1, temp);
    }
    private void mergeSort(int[] arr, int left, int right, int[] temp) {
        if (left >= right)return; // 只有一个元素时不用排序
        int mid = (left + right) >>> 1; // 除2获得中间索引
        mergeSort(arr, left, mid, temp);
        mergeSort(arr, mid + 1, right, temp);
        if (arr[mid] <= arr[mid + 1])
            return; // 当左侧子数组的最大值小于等于右侧子数组的最小值时，不需要合并
        merge(arr, left, mid, right, temp);
    }
    private void merge(int[] arr, int left, int mid, int right, int[] temp) {
        int i = left, j = mid + 1, t = 0;
        while (i <= mid && j <= right) {
            if (arr[i] <= arr[j]) {
                temp[t++] = arr[i++];
            } else {
                temp[t++] = arr[j++];
            }
        }
        while (i <= mid) {
            temp[t++] = arr[i++];
        }
        while (j <= right) {
            temp[t++] = arr[j++];
        }
        // 注意从left开始
        System.arraycopy(temp, 0, arr, left, t);
    }
    // 自底向上的迭代版本
    private void mergeSort1(int[] arr) {
        int n = arr.length;
        int[] temp = new int[n];
        for (int width = 1; width < n; width *= 2) {
            for (int left = 0; left < n; left += width * 2) {
                int right = Math.min(left + width * 2 - 1, n - 1);
                int mid = Math.min(left + width - 1, n - 1);
                merge(arr, left, mid, right, temp);
            }
        }
    }
    // 快速排序
    private void quickSort(int[] arr) {
        quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
    }
    private void quickSort(int[] arr, int left, int right) {
        if (left < right) {
            int pv = partition(arr, left, right);
            quickSort(arr, left, pv - 1);
            quickSort(arr, pv + 1, right);
        }
    }
    private int partition(int[] arr, int left, int right) {
        // 随机基准点
        int idx = ThreadLocalRandom.current().nextInt(right - left + 1) + left;
        swap(arr, left, idx);
        int pv = arr[left];
        int low = left + 1, high = right;
        // 处理重复元素
        while (low <= high) {
            while (low <= high && arr[high] > pv) {
                high--;
            }
            while (low <= high && arr[low] < pv) {
                low++;
            }
            if (low <= high) {
                swap(arr, low, high);
                low++;
                high--;
            }
        }
        swap(arr, left, high);
        return high;
    }
    private void swap(int[] arr, int i, int j) {
        int t = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = t;
    }
    // 计数排序不适合本题，因为数据范围太大
    // private void countSort(int[] arr){
    //     int max = arr[0], min = arr[0];
    //     for(int i = 0; i < arr.length; i++){
    //         if(arr[i] > max) max = arr[i];
    //         if(arr[i] < min) min = arr[i];
    //     }
    //     int[] count = new int[max - min + 1];
    //     for(int val : arr){
    //         count[val - min]++;
    //     }
    //     int k = 0;
    //     for(int i = 0; i < count.length; i++){
    //         while(count[i] > 0){
    //             arr[k++] = i + min;
    //             count[i]--;
    //         }
    //     }
    // }

    // 桶排序，本题设置桶大小100可以通过
    private void bucketSort(int[] arr, int size) {
        int max = arr[0], min = arr[0];
        for(int i = 0; i < arr.length; i++){
            if(arr[i] > max) max = arr[i];
            if(arr[i] < min) min = arr[i];
        }
        // 计算桶的数量
        int count = (max - min) / size + 1;
        ArrayList<ArrayList<Integer>> buckets = new ArrayList<>(count);
        // 初始化桶
        for(int i = 0; i < count; i++){
            buckets.add(new ArrayList<>());
        }
        // 将数据放入对应的桶中
        for(int val : arr){
            // 计算放入哪个桶
            int idx = (val - min) / size;
            buckets.get(idx).add(val);
        }
        // 对每个桶进行排序
        for(int i = 0; i < count; i++){
            Collections.sort(buckets.get(i));
        }
        // 取出每个桶中的元素
        int k = 0;
        for(int i = 0; i < count; i++){
            for(int j = 0; j < buckets.get(i).size(); j++){
                arr[k++] = buckets.get(i).get(j);
            }
        }
    }
}