算法：排序

一些约定

• java命令行程序
  算法的学习和语言无关，下面使用一个java命令行程序来作为实例程序。

• 一个算法一个类
  排序算法使用一个方法就可以表示，不需要是一个对象。但为了让各种排序算法的表示相互独立，接下来分别为它们定义不同的类型，并提供一些工具类来产生随机数序列，打印数字序列，对数列进行校验等。

• 以整数序列升序为例
  对应java程序，任何可比较的类型——实现接口Comparable<T>的类型，都是可排序的。所以一个排序方法的签名大致可以是这样的public <T extends Comparable<? super T>> void sort(T[] items) ，不过为了演示的简单，下面使用int[] numbers作为需要排序的数列，并且排序算法对它进行升序排序。

排序方法抽象接口

使用下面的接口SortMethod来抽象表达排序算法：

interface SortMethod {
    /**
     * sort numbers.
     */
    void sort(int[] numbers);
}

工具类

定义下面的SortingTools类来提供需要的辅助功能。

public final class SortingTools {
    private static Random random = new Random();

    public static void testSort(SortMethod method, int numberSize) {
        int[] numbers = new int[numberSize];

        for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
            numbers[i] = random.nextInt(1000);
        }

        SortingTools.printNumbers(numbers);
        Log.println("before sort. isAscending = " + SortingTools.isAscending(numbers));

        method.sort(numbers);

        SortingTools.printNumbers(numbers);
        Log.println("after sort. isAscending = " + SortingTools.isAscending(numbers));
    }

    public static void printNumbers(int[] numbers) {
        for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
            Log.print(numbers[i] + ", ");
        }

        Log.print("\n");
    }

    public static boolean isAscending(int[] numbers) {
        int prev = numbers[0];
        for (int i = 1; i < numbers.length; i++) {
            if (numbers[i] < prev) {
                return false;
            }

            prev = numbers[i];
        }

        return true;
    }
}

• printNumbers(int[] numbers)
  用来打印输出numbers，方面查看。Log.print()方法简单封装了下显示打印的逻辑。

• isAscending(int[] numbers)
  用来校验指定序列numbers是否为升序。

• testSort()
  测试method所表示的某种排序算法，对于将要学习的各种不同排序算法，测试的过程是一样的。
  先随机生成numberSize大小的int[]数组，然后排序前后分别打印输出数组各项，并且对数组是否为升序进行验证。

冒泡排序

先从一个简单的“冒泡排序”开始，实际上即使冒泡排序也有许多高级的变种，这里仅实现基础的算法。

算法思路

假设是N个数字，要完成升序排列，每次从第一个元素开始，依次将较大数字放置到第N、N-1、N-2...位置处。

编码

下面算法的时间效率属于O(N²)：

public class BubbleSort implements SortMethod {

    @Override
    public void sort(int[] numbers) {
        bubbleSort(numbers);
    }

    public static void bubbleSort(int[] numbers) {
        int swap;
        for (int end = numbers.length - 1; end > 0; end--) {
            for (int i = 0; i < end; i++) {
                if (numbers[i] > numbers[i + 1]) {
                    swap = numbers[i + 1];
                    numbers[i + 1] = numbers[i];
                    numbers[i] = swap;
                }
            }
        }
    }
}

实际的排序方法可以是静态的，然后重写的sort()方法简单地调用它来完成排序。

测试

在main()方法中:

public static void main(String[] args) {
    SortingTools.testSort(new BubbleSort(), 20);
}

一次输出如下：

246, 558, 286, 652, 470, 905, 11, 102, 705, 498, 695, 769, 86, 189, 986, 317, 957, 471, 406, 625,
before sort. isAscending = false
11, 86, 102, 189, 246, 286, 317, 406, 470, 471, 498, 558, 625, 652, 695, 705, 769, 905, 957, 986,
after sort. isAscending = true

（本文使用Atom编写）