Java排序 - DualPivotQuicksort
這里描述 leftmost = true
的情況,也就是會從數組的開始一直排序到數組的結尾。
數組類型:int[]
、long[]
、short[]
、char[]
、float[]
、double[]
,還有比較特殊的 byte[]
1. 插入排序(insertion sort)
適合長度短的數組排序,對于
byte[] 長度小于等于30
和其它數組長度小于47
的情況,會使用這種排序
代碼以 int[] a
為例:
// 第一次循環(huán)i=j=0,之后每次循環(huán)j=i.
// j = ++i相當于在每次循環(huán)的最后執(zhí)行 {i++; j = i;}
// j = i++相當于在每次循環(huán)的最后執(zhí)行 {j = i; i++;}
for (int i = 0, j = i; i < (length - 1); j = ++i) {
int ai = a[i + 1]; // 每次循環(huán)的目的是將下一個數排到它應該在的位置,這里ai就是下一個數
while (ai < a[j]) { // while循環(huán)的目的是確定j的值 和 把所有比ai大的項向后移一位來騰出ai的位置
a[j + 1] = a[j]; // 把比ai大的項向后移一位
if (j-- == left) { // j-- 確定j的值,也就是確定ai的位置, j 可能等于 -1
break;
}
}
a[j + 1] = ai; // j+1 就是ai的位置
}
2. 計數排序(counting sort)
只針對
byte[] 長度大于30
的情況,因為byte的范圍是[-128, 127],只有256個數,所以循環(huán)會利用這點
int[] count = new int[256];
// 第一次循環(huán):計數
for (int i = (0 - 1); ++i <= (length - 1); count[a[i] - (-128)]++);
// 第二次循環(huán):給 < byte[] a > 賦值
// 循環(huán)結束條件以k為標準,k<=0就會停止;
// 因為i和k沒有固定關系,所以沒有增量表達式,但在方法體中利用--i和--k進行增量。
for (int i = 256, k = length; k > 0; ) {
while (count[--i] == 0); // 如果計數個數為0,什么也不做,--i
byte value = (byte) (i + (-128));
int s = count[i];
do {
a[--k] = value;
} while (--s > 0);
}
int[] count = new int[256];
// 第一次循環(huán):計數
for (int i = (0 - 1); ++i <= (length - 1); count[a[i] - (-128)]++);
// 第二次循環(huán):給 < byte[] a > 賦值
// 循環(huán)結束條件以k為標準,k<=0就會停止;
// 因為i和k沒有固定關系,所以沒有增量表達式,但在方法體中利用--i和--k進行增量。
for (int i = 256, k = length; k > 0; ) {
while (count[--i] == 0); // 如果計數個數為0,什么也不做,--i
byte value = (byte) (i + (-128));
int s = count[i];
do {
a[--k] = value;
} while (--s > 0);
}
3. 快速排序(Quicksort)
適合長度短的數組排序,
插入排序
也是快速排序的一種。
對于byte[] 長度大于30
的情況會使用計數排序
,不是這種排序。
而對于其它數組長度大于等于47并且小于286
的情況,會使用這種排序。
3.1 對數組做近似7等分
// 7等分一段的長度近似值
int seventh = (length >> 3) + (length >> 6) + 1;
// 一個數組分為7段,則有五個切割點,如下為五個切割點的下標
int e3 = (left + right) >>> 1; // The midpoint
int e2 = e3 - seventh;
int e1 = e2 - seventh;
int e4 = e3 + seventh;
int e5 = e4 + seventh;
3.2 對五個切割點進行插入排序
// Sort these elements using insertion sort
if (a[e2] < a[e1]) { int t = a[e2]; a[e2] = a[e1]; a[e1] = t; }
if (a[e3] < a[e2]) { int t = a[e3]; a[e3] = a[e2]; a[e2] = t;
if (t < a[e1]) { a[e2] = a[e1]; a[e1] = t; }
}
if (a[e4] < a[e3]) { int t = a[e4]; a[e4] = a[e3]; a[e3] = t;
if (t < a[e2]) { a[e3] = a[e2]; a[e2] = t;
if (t < a[e1]) { a[e2] = a[e1]; a[e1] = t; }
}
}
if (a[e5] < a[e4]) { int t = a[e5]; a[e5] = a[e4]; a[e4] = t;
if (t < a[e3]) { a[e4] = a[e3]; a[e3] = t;
if (t < a[e2]) { a[e3] = a[e2]; a[e2] = t;
if (t < a[e1]) { a[e2] = a[e1]; a[e1] = t; }
}
}
}
3.3 創(chuàng)建兩個變量作為下標記錄值
// 中心部分第一個元素的索引
int less = left;
// 右部分第一個元素前的索引
int great = right;
3.4 五個切割點的值都不相同的情況
這種情況會將排序分三塊,變量
pivot1
和pivot2
作為三塊區(qū)域值的區(qū)分:
第一塊區(qū)域所有的值都< pivot1
第二塊區(qū)域所有的值都>= pivot1
并且<= pivot2
第三塊區(qū)域所有的值都> pivot2
3.4.1 第一塊和第三塊處理
// 取兩個值作為分區(qū)值
int pivot1 = a[e2];
int pivot2 = a[e4];
// 要排序的第一個和最后一個元素被移動到以前由樞軸占據的位置。
// 當分區(qū)完成時,軸心點被交換回它們的最終位置,并從隨后的排序中排除。
a[e2] = a[left];
a[e4] = a[right];
// less一開始等于left, great一開始等于right。
// 跳過小于或大于分割值的元素。
while (a[++less] < pivot1); // 沒有判斷第一個
while (a[--great] > pivot2); // 沒有判斷最后一個
// 循環(huán)帶outer:,`break outer;`會跳出整個循環(huán),也就是結束整個下面的for循環(huán)。
// less不參與循環(huán),只是一開始給k賦值,less的變化始終是`++less`,用來交換數組中的值。
outer:
for (int k = less - 1; ++k <= great; ) {
int ak = a[k];
if (ak < pivot1) { // Move a[k] to left part
a[k] = a[less];
/*
* Here and below we use "a[i] = b; i++;" instead
* of "a[i++] = b;" due to performance issue.
*/
a[less] = ak;
++less;
} else if (ak > pivot2) { // Move a[k] to right part
while (a[great] > pivot2) {
if (great-- == k) {
break outer;
}
}
if (a[great] < pivot1) { // a[great] <= pivot2
a[k] = a[less];
a[less] = a[great];
++less;
} else { // pivot1 <= a[great] <= pivot2
a[k] = a[great];
}
/*
* Here and below we use "a[i] = b; i--;" instead
* of "a[i--] = b;" due to performance issue.
*/
a[great] = ak;
--great;
}
}
// 循環(huán)結束,交換left和(less - 1)的值,也就是處理循環(huán)前`a[e2] = a[left];`導致的分區(qū)錯誤
a[left] = a[less - 1]; a[less - 1] = pivot1;
// 循環(huán)結束,交換right和(great + 1)的值,也就是處理循環(huán)前`a[e4] = a[right];`導致的分區(qū)錯誤
a[right] = a[great + 1]; a[great + 1] = pivot2;
// 分為三部分后,嵌套排序第一部分和第三部分
sort(a, left, less - 2, leftmost);
sort(a, great + 2, right, false);
3.4.2 第二塊處理
分兩種情況:
如果第二塊剩余項超過數組要排序總長度的4/7,會將等于pivot1和等于pivot2的值取出來,再次縮減less和great中間的部分,然后進行排序。
否則直接排序。
if (less < e1 && e5 < great) { // 剩余的中間部分超過4/7
/*
* Skip elements, which are equal to pivot values.
*/
while (a[less] == pivot1) {
++less;
}
while (a[great] == pivot2) {
--great;
}
outer:
for (int k = less - 1; ++k <= great; ) {
int ak = a[k];
if (ak == pivot1) { // Move a[k] to left part
a[k] = a[less];
a[less] = ak;
++less;
} else if (ak == pivot2) { // Move a[k] to right part
while (a[great] == pivot2) {
if (great-- == k) {
break outer;
}
}
if (a[great] == pivot1) { // a[great] < pivot2
a[k] = a[less];
a[less] = pivot1;
++less;
} else { // pivot1 < a[great] < pivot2
a[k] = a[great];
}
a[great] = ak;
--great;
}
}
}
// Sort center part recursively
sort(a, less, great, false);
if (less < e1 && e5 < great) { // 剩余的中間部分超過4/7
/*
* Skip elements, which are equal to pivot values.
*/
while (a[less] == pivot1) {
++less;
}
while (a[great] == pivot2) {
--great;
}
outer:
for (int k = less - 1; ++k <= great; ) {
int ak = a[k];
if (ak == pivot1) { // Move a[k] to left part
a[k] = a[less];
a[less] = ak;
++less;
} else if (ak == pivot2) { // Move a[k] to right part
while (a[great] == pivot2) {
if (great-- == k) {
break outer;
}
}
if (a[great] == pivot1) { // a[great] < pivot2
a[k] = a[less];
a[less] = pivot1;
++less;
} else { // pivot1 < a[great] < pivot2
a[k] = a[great];
}
a[great] = ak;
--great;
}
}
}
// Sort center part recursively
sort(a, less, great, false);
3.5 五個切割點的值有相同的情況(單軸分區(qū) Partitioning with one pivot)
這種情況也可以理解為將排序分三塊,但只需要一個變量
pivot
作為三塊區(qū)域值的區(qū)分:
第一塊區(qū)域所有的值都< pivot
第二塊區(qū)域所有的值都= pivot
,因為這塊區(qū)域的值都相等,最后就可以不用排序
第三塊區(qū)域所有的值都> pivot
// 取下標在中間的值做一個臨時變量,該變量是中值的廉價近似值,作為分割值
int pivot = a[e3];
// less一開始等于left, great一開始等于right。
// 方法體內部不斷修改great的值,使循環(huán)執(zhí)行的次數不斷的縮減,一次循環(huán)great可以減少0,可以減少1,可以減少n。
// less并不影響循環(huán),只是作為臨時變量進行數組中值的交換,始終小于等于k,一次循環(huán)只能加1或不加。
for (int k = less; k <= great; ++k) {
if (a[k] == pivot) { // 如果a[k]的值等于分割值,跳過
continue;
}
int ak = a[k]; // 取出a[k]值賦給臨時變量ak
if (ak < pivot) { // Move a[k] to left part
a[k] = a[less];
a[less] = ak;
++less;
} else { // a[k] > pivot - Move a[k] to right part
while (a[great] > pivot) {
--great;
}
if (a[great] < pivot) { // a[great] <= pivot
a[k] = a[less];
a[less] = a[great];
++less;
} else { // a[great] == pivot
/*
* Even though a[great] equals to pivot, the
* assignment a[k] = pivot may be incorrect,
* if a[great] and pivot are floating-point
* zeros of different signs. Therefore in float
* and double sorting methods we have to use
* more accurate assignment a[k] = a[great].
*/
a[k] = pivot;
}
a[great] = ak;
--great;
}
}
// 分為三部分后,嵌套排序第一部分和第三部分
sort(a, left, less - 1, leftmost);
sort(a, great + 1, right, false);
// 取下標在中間的值做一個臨時變量,該變量是中值的廉價近似值,作為分割值
int pivot = a[e3];
// less一開始等于left, great一開始等于right。
// 方法體內部不斷修改great的值,使循環(huán)執(zhí)行的次數不斷的縮減,一次循環(huán)great可以減少0,可以減少1,可以減少n。
// less并不影響循環(huán),只是作為臨時變量進行數組中值的交換,始終小于等于k,一次循環(huán)只能加1或不加。
for (int k = less; k <= great; ++k) {
if (a[k] == pivot) { // 如果a[k]的值等于分割值,跳過
continue;
}
int ak = a[k]; // 取出a[k]值賦給臨時變量ak
if (ak < pivot) { // Move a[k] to left part
a[k] = a[less];
a[less] = ak;
++less;
} else { // a[k] > pivot - Move a[k] to right part
while (a[great] > pivot) {
--great;
}
if (a[great] < pivot) { // a[great] <= pivot
a[k] = a[less];
a[less] = a[great];
++less;
} else { // a[great] == pivot
/*
* Even though a[great] equals to pivot, the
* assignment a[k] = pivot may be incorrect,
* if a[great] and pivot are floating-point
* zeros of different signs. Therefore in float
* and double sorting methods we have to use
* more accurate assignment a[k] = a[great].
*/
a[k] = pivot;
}
a[great] = ak;
--great;
}
}
// 分為三部分后,嵌套排序第一部分和第三部分
sort(a, left, less - 1, leftmost);
sort(a, great + 1, right, false);
4. 合并排序(merge sort)
長度很長的數組排序,對于
其它數組長度大于等于286
的情況,會使用這種排序。
兩個關鍵常量,起控制作用
// 合并排序中的最大運行次數
static final int MAX_RUN_COUNT = 67;
// 合并排序中運行的最大長度
static final int MAX_RUN_LENGTH = 33;
排序方法
/**
* 長度大于等于286的int數組排序
*
* @param a
* 要排序int數組
* @param left
* 起始下標
* @param right
* 結束下標
* @param work
* null
* @param workBase
* 0
* @param workLen
* 0
*/
private static void largeSort(int[] a, int left, int right, int[] work,
int workBase, int workLen) {
/*
* Index run[i] is the start of i-th run (ascending or descending
* sequence).
*/
int[] run = new int[MAX_RUN_COUNT + 1];
int count = 0;
run[0] = left;
// Check if the array is nearly sorted
for (int k = left; k < right; run[count] = k) {
if (a[k] < a[k + 1]) { // ascending
while (++k <= right && a[k - 1] <= a[k]);
} else if (a[k] > a[k + 1]) { // descending
while (++k <= right && a[k - 1] >= a[k]);
for (int lo = run[count] - 1, hi = k; ++lo < --hi;) {
int t = a[lo];
a[lo] = a[hi];
a[hi] = t;
}
} else { // equal
for (int m = MAX_RUN_LENGTH; ++k <= right && a[k - 1] == a[k];) {
if (--m == 0) {
sort(a, left, right, true);
return;
}
}
}
/*
* The array is not highly structured, use Quicksort instead of
* merge sort.
*/
if (++count == MAX_RUN_COUNT) {
sort(a, left, right, true);
return;
}
}
// Check special cases
// Implementation note: variable "right" is increased by 1.
if (run[count] == right++) { // The last run contains one element
run[++count] = right;
} else if (count == 1) { // The array is already sorted
return;
}
// Determine alternation base for merge
byte odd = 0;
for (int n = 1; (n <<= 1) < count; odd ^= 1);
// Use or create temporary array b for merging
int[] b; // temp array; alternates with a
int ao, bo; // array offsets from 'left'
int blen = right - left; // space needed for b
if (work == null || workLen < blen || workBase + blen > work.length) {
work = new int[blen];
workBase = 0;
}
if (odd == 0) {
System.arraycopy(a, left, work, workBase, blen);
b = a;
bo = 0;
a = work;
ao = workBase - left;
} else {
b = work;
ao = 0;
bo = workBase - left;
}
// Merging
for (int last; count > 1; count = last) {
for (int k = (last = 0) + 2; k <= count; k += 2) {
int hi = run[k], mi = run[k - 1];
for (int i = run[k - 2], p = i, q = mi; i < hi; ++i) {
if (q >= hi || p < mi && a[p + ao] <= a[q + ao]) {
b[i + bo] = a[p++ + ao];
} else {
b[i + bo] = a[q++ + ao];
}
}
run[++last] = hi;
}
if ((count & 1) != 0) {
for (int i = right, lo = run[count - 1]; --i >= lo;
b[i + bo] = a[i + ao]
);
run[++last] = right;
}
int[] t = a;
a = b;
b = t;
int o = ao;
ao = bo;
bo = o;
}
}
以上就是Java使用DualPivotQuicksort排序的詳細內容,想要了解更多關于 Java 語言中的排序方法的其他資料請關注W3Cschool其它相關文章!