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48
codes/java/chapter_sorting/merge_sort.java Normal file
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@@ -0,0 +1,48 @@
package chapter_sorting;
import java.util.*;
public class merge_sort {
/**
* 合并左子数组和右子数组
* 左子数组区间 [left, mid]
* 右子数组区间 [mid + 1, right]
*/
static void merge(int[] nums, int left, int mid, int right) {
int[] tmp = Arrays.copyOfRange(nums, left, right + 1); // 初始化辅助数组
int leftStart = left - left, leftEnd = mid - left, // 左子数组的起始索引和结束索引
rightStart = mid + 1 - left, rightEnd = right - left; // 右子数组的起始索引和结束索引
int i = leftStart, j = rightStart; // i,j 分别指向左子数组、右子数组的首元素
// 通过覆盖原数组 nums 来合并左子数组和右子数组
for (int k = left; k <= right; k++) {
// 若 “左子数组已全部合并完”，则选取右子数组元素，并且 j++
if (i > leftEnd)
nums[k] = tmp[j++];
// 否则，若 “右子数组已全部合并完” 或 “左子数组元素 < 右子数组元素”，则选取左子数组元素，并且 i++
else if (j > rightEnd || tmp[i] <= tmp[j])
nums[k] = tmp[i++];
// 否则，若 “左子数组元素 > 右子数组元素”，则选取右子数组元素，并且 j++
else
nums[k] = tmp[j++];
}
}
/* 归并排序 */
static void mergeSort(int[] nums, int left, int right) {
// 终止条件
if (left >= right) return; // 当子数组长度为 1 时终止递归
// 划分阶段
int mid = (left + right) / 2; // 计算中点
mergeSort(nums, left, mid); // 递归左子数组
mergeSort(nums, mid + 1, right); // 递归右子数组
// 合并阶段
merge(nums, left, mid, right);
}
public static void main(String[] args) {
/* 归并排序 */
int[] nums = { 2, 4, 1, 0, 3, 5 };
mergeSort(nums, 0, nums.length - 1);
System.out.println("归并排序完成后 nums = " + Arrays.toString(nums));
}
}

154
codes/java/chapter_sorting/quick_sort.java Normal file
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@@ -0,0 +1,154 @@
package chapter_sorting;
import java.util.*;
/* 快速排序类 */
class QuickSort {
/* 元素交换 */
static void swap(int[] nums, int i, int j) {
int tmp = nums[i];
nums[i] = nums[j];
nums[j] = tmp;
}
/* 哨兵划分 */
static int partition(int[] nums, int left, int right) {
// 以 nums[left] 作为基准数
int i = left, j = right;
while (i < j) {
while (i < j && nums[j] >= nums[left])
j--; // 从右向左找首个小于基准数的元素
while (i < j && nums[i] <= nums[left])
i++; // 从左向右找首个大于基准数的元素
swap(nums, i, j); // 交换这两个元素
}
swap(nums, i, left); // 将基准数交换至两子数组的分界线
return i; // 返回基准数的索引
}
/* 快速排序 */
public static void quickSort(int[] nums, int left, int right) {
// 子数组长度为 1 时终止递归
if (left >= right)
return;
// 哨兵划分
int pivot = partition(nums, left, right);
// 递归左子数组、右子数组
quickSort(nums, left, pivot - 1);
quickSort(nums, pivot + 1, right);
}
}
/* 快速排序类（中位基准数优化） */
class QuickSortMedian {
/* 元素交换 */
static void swap(int[] nums, int i, int j) {
int tmp = nums[i];
nums[i] = nums[j];
nums[j] = tmp;
}
/* 选取三个元素的中位数 */
static int medianThree(int[] nums, int left, int mid, int right) {
// 使用了异或操作来简化代码
// 异或规则为 0 ^ 0 = 1 ^ 1 = 0, 0 ^ 1 = 1 ^ 0 = 1
if ((nums[left] > nums[mid]) ^ (nums[left] > nums[right]))
return left;
else if ((nums[mid] < nums[left]) ^ (nums[mid] < nums[right]))
return mid;
else
return right;
}
/* 哨兵划分（三数取中值） */
static int partition(int[] nums, int left, int right) {
// 选取三个候选元素的中位数
int med = medianThree(nums, left, (left + right) / 2, right);
// 将中位数交换至数组最左端
swap(nums, left, med);
// 以 nums[left] 作为基准数
int i = left, j = right;
while (i < j) {
while (i < j && nums[j] >= nums[left])
j--; // 从右向左找首个小于基准数的元素
while (i < j && nums[i] <= nums[left])
i++; // 从左向右找首个大于基准数的元素
swap(nums, i, j); // 交换这两个元素
}
swap(nums, i, left); // 将基准数交换至两子数组的分界线
return i; // 返回基准数的索引
}
/* 快速排序 */
public static void quickSort(int[] nums, int left, int right) {
// 子数组长度为 1 时终止递归
if (left >= right)
return;
// 哨兵划分
int pivot = partition(nums, left, right);
// 递归左子数组、右子数组
quickSort(nums, left, pivot - 1);
quickSort(nums, pivot + 1, right);
}
}
/* 快速排序类（尾递归优化） */
class QuickSortTailCall {
/* 元素交换 */
static void swap(int[] nums, int i, int j) {
int tmp = nums[i];
nums[i] = nums[j];
nums[j] = tmp;
}
/* 哨兵划分 */
static int partition(int[] nums, int left, int right) {
// 以 nums[left] 作为基准数
int i = left, j = right;
while (i < j) {
while (i < j && nums[j] >= nums[left])
j--; // 从右向左找首个小于基准数的元素
while (i < j && nums[i] <= nums[left])
i++; // 从左向右找首个大于基准数的元素
swap(nums, i, j); // 交换这两个元素
}
swap(nums, i, left); // 将基准数交换至两子数组的分界线
return i; // 返回基准数的索引
}
/* 快速排序（尾递归优化） */
static void quickSort(int[] nums, int left, int right) {
// 子数组长度为 1 时终止
while (left < right) {
// 哨兵划分操作
int pivot = partition(nums, left, right);
// 对两个子数组中较短的那个执行快排
if (pivot - left < right - pivot) {
quickSort(nums, left, pivot - 1); // 递归排序左子数组
left = pivot + 1; // 剩余待排序区间为 [pivot + 1, right]
} else {
quickSort(nums, pivot + 1, right); // 递归排序右子数组
right = pivot - 1; // 剩余待排序区间为 [left, pivot - 1]
}
}
}
}
public class quick_sort {
public static void main(String[] args) {
/* 快速排序 */
int[] nums = { 2, 4, 1, 0, 3, 5 };
QuickSort.quickSort(nums, 0, nums.length - 1);
System.out.println("快速排序完成后 nums = " + Arrays.toString(nums));
/* 快速排序（中位基准数优化） */
int[] nums1 = { 2, 4, 1, 0, 3, 5 };
QuickSortMedian.quickSort(nums1, 0, nums1.length - 1);
System.out.println("快速排序（中位基准数优化）完成后 nums1 = " + Arrays.toString(nums1));
/* 快速排序（尾递归优化） */
int[] nums2 = { 2, 4, 1, 0, 3, 5 };
QuickSortTailCall.quickSort(nums2, 0, nums2.length - 1);
System.out.println("快速排序（尾递归优化）完成后 nums2 = " + Arrays.toString(nums2));
}
}