一文快速掌握Java中的搜索算法和排序算法

2023-05-14 20:05:34 算法排序一文

一、搜索算法

二分算法

二分算法（Binary Search）又称折半查找，是一种高效的查找算法。它的基本思想是：将有序数组（或集合）一分为二，若当前中间元素等于目标元素，则查找成功；若当前中间元素大于目标元素，则查找左半部分；若当前中间元素小于目标元素，则查找右半部分。重复以上步骤，直到查找到目标元素或查找区间为空，查找失败。

下面是用Java实现的二分算法：

public static int binarySearch(int[] arr, int target) {
    if (arr == null || arr.length == 0) {
        return -1;
    }
    int left = 0;
    int right = arr.length - 1;
    while (left <= right) {
        int mid = left + (right - left) / 2;
        if (arr[mid] == target) {
            return mid;
        } else if (arr[mid] > target) {
            right = mid - 1;
        } else {
            left = mid + 1;
        }
    }
    return -1;
}

上述方法使用了一组有序的整数数组和一个目标值作为参数，返回目标值在数组中的索引；如果目标值不存在于数组中，就返回 -1。

算法的核心是 while 循环，它在 left 和 right 满足特定条件的情况下反复执行：

如果 mid 等于 target，则返回 mid，算法结束；
如果 mid 大于 target，则在左侧继续查找，即将 right 设置为 mid - 1；
如果 mid 小于 target，则在右侧继续查找，即将 left 设置为 mid + 1。

每次循环时，我们使用 mid = left + (right - left) / 2 计算出中间元素的索引。需要注意的是，我们必须使用 left + right 的形式，而不能使用 (left + right) / 2 的形式，否则可能会导致整数溢出问题。

二、排序算法

在Java中，排序算法是通过实现Comparable或Comparator接口来实现的。以下是几种常用的排序算法和它们的实现方法：

冒泡排序

冒泡排序是一种简单的排序算法。它的思想是不断地比较相邻的两个元素，如果顺序不对，就交换位置。这个过程就像水泡不断往上升一样，所以叫冒泡排序。

public static void bubbleSort(int[] arr) {
    int temp;
    for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < arr.length - i - 1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                //交换位置
                temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
}

选择排序

选择排序的思想是，从未排序的元素中选择最小的元素放到已排序的末尾。每次找到最小元素后，与当前未排序的第一个元素交换位置。

public static void selectionSort(int[] arr) {
    int minIndex;
    for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
        minIndex = i;
        for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {
            if (arr[j] < arr[minIndex]) {
                minIndex = j;
            }
        }
        //交换位置
        int temp = arr[i];
        arr[i] = arr[minIndex];
        arr[minIndex] = temp;
    }
}

插入排序

插入排序的思想是，将未排序元素插入到已排序的合适位置。从未排序的元素中选择一个元素，在已排序的元素中从后往前遍历，如果比已排序的元素小，则向后移动一个位置，继续比较；直到找到比未排序的元素小的位置，然后插入到这个位置。

public static void insertionSort(int[] arr) {
    int preIndex, current;
    for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
        preIndex = i - 1;
        current = arr[i];
        while (preIndex >= 0 && arr[preIndex] > current) {
            arr[preIndex + 1] = arr[preIndex];
            preIndex--;
        }
        arr[preIndex + 1] = current;
    }
}

快速排序

快速排序是一种基于分治思想的排序算法。它选择一个基准点，将数组分成小于等于基准点和大于基准点的两个子数组，然后递归地对两个子数组排序。

public static void quickSort(int[] arr, int left, int right) {
    if (left < right) {
        int i = left, j = right, pivot = arr[left];
        while (i < j) {
            while (i < j && arr[j] >= pivot) {
                j--;
            }
            if (i < j) {
                arr[i++] = arr[j];
            }
            while (i < j && arr[i] <= pivot) {
                i++;
            }
            if (i < j) {
                arr[j--] = arr[i];
            }
        }
        arr[i] = pivot;
        quickSort(arr, left, i - 1);
        quickSort(arr, i + 1, right);
    }
}

对于学习编程或者准备进入编程行业的人来说，掌握算法是一个必要的技能。而在Java编程中，掌握常见的排序算法和二分查找是非常关键的。排序算法可以帮助我们对数据进行快速排序，提高程序的效率；而二分查找则可以快速找到我们需要的数据，降低程序的时间复杂度。

如果你刚刚入门Java编程或者想要提高编程实力，建议先掌握一些基础的排序算法，比如插入排序、选择排序和冒泡排序，并且在学习的过程中积极动手实践。

在掌握排序算法的基础上，再深入学习二分查找算法。这是一种高效的查找方法，可以大幅度缩短查找时间，尤其是在需要查找大量数据的情况下。在实践中，可以使用二分查找算法来查找数组中的数据、棋盘游戏中的最优解等等。

总之，掌握常见的排序算法和二分查找算法，对于Java编程实力的提高和职业发展都是非常有帮助的。希望大家可以在学习的过程中保持好奇心和热情，不断挑战自己，提高编程能力。

到此这篇关于一文快速掌握Java中的搜索算法和排序算法的文章就介绍到这了,更多相关Java算法内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！

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