java中常见的几种排序算法

手动实现的排序算法(共 10 种常见)

这些是你在学习数据结构与算法 时会接触到的经典排序方法。虽然不推荐用于生产环境,但面试常考,必须掌握。

✅ 1. 冒泡排序(Bubble Sort)

  • 原理:重复遍历数组,相邻元素比较,大的"冒泡"到后面。
  • 时间复杂度:O(n²)
  • 稳定性:✅ 稳定
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public static void bubbleSort(int[] arr) {
    int n = arr.length;
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                // 交换
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
}

✅ 2. 选择排序(Selection Sort)

  • 原理:每次找最小元素,放到已排序部分末尾。
  • 时间复杂度:O(n²)
  • 稳定性:❌ 不稳定
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public static void selectionSort(int[] arr) {
    int n = arr.length;
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
        int minIdx = i;
        for (int j = i + 1; j < n; j++) {
            if (arr[j] < arr[minIdx]) {
                minIdx = j;
            }
        }
        swap(arr, i, minIdx);
    }
}

✅ 3. 插入排序(Insertion Sort)

  • 原理:像打扑克牌,每次将新元素插入到已排序部分的正确位置。
  • 时间复杂度 :O(n²),但对小数组或部分有序数组很快
  • 稳定性:✅ 稳定
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public static void insertionSort(int[] arr) {
    for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
        int key = arr[i];
        int j = i - 1;
        while (j >= 0 && arr[j] > key) {
            arr[j + 1] = arr[j];
            j--;
        }
        arr[j + 1] = key;
    }
}

✅ 4. 快速排序(Quick Sort)

  • 原理:分治法,选一个"基准",小的放左,大的放右,递归排序。
  • 时间复杂度:平均 O(n log n),最坏 O(n²)
  • 稳定性:❌ 不稳定(但可改造为稳定)
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public static void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
    if (low < high) {
        int pi = partition(arr, low, high);
        quickSort(arr, low, pi - 1);
        quickSort(arr, pi + 1, high);
    }
}

private static int partition(int[] arr, int low, int high) {
    int pivot = arr[high];
    int i = low - 1;
    for (int j = low; j < high; j++) {
        if (arr[j] < pivot) {
            i++;
            swap(arr, i, j);
        }
    }
    swap(arr, i + 1, high);
    return i + 1;
}

✅ 5. 归并排序(Merge Sort)

  • 原理:分治 + 合并,递归拆分,再合并有序数组。
  • 时间复杂度:O(n log n)(始终稳定)
  • 稳定性:✅ 稳定
  • Java 内部 TimSort 的基础
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public static void mergeSort(int[] arr, int left, int right) {
    if (left < right) {
        int mid = (left + right) / 2;
        mergeSort(arr, left, mid);
        mergeSort(arr, mid + 1, right);
        merge(arr, left, mid, right);
    }
}

private static void merge(int[] arr, int l, int m, int r) {
    // 合并两个有序子数组
    int[] temp = new int[r - l + 1];
    int i = l, j = m + 1, k = 0;

    while (i <= m && j <= r) {
        temp[k++] = arr[i] <= arr[j] ? arr[i++] : arr[j++];
    }
    while (i <= m) temp[k++] = arr[i++];
    while (j <= r) temp[k++] = arr[j++];

    System.arraycopy(temp, 0, arr, l, temp.length);
}

✅ 6. 堆排序(Heap Sort)

  • 原理:利用大顶堆,每次取最大值放到末尾。
  • 时间复杂度:O(n log n)
  • 稳定性:❌ 不稳定
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public static void heapSort(int[] arr) {
    int n = arr.length;

    // 构建大顶堆
    for (int i = n / 2 - 1; i >= 0; i--) {
        heapify(arr, n, i);
    }

    // 逐个提取元素
    for (int i = n - 1; i > 0; i--) {
        swap(arr, 0, i);
        heapify(arr, i, 0);
    }
}

private static void heapify(int[] arr, int n, int i) {
    int largest = i;
    int left = 2 * i + 1;
    int right = 2 * i + 2;

    if (left < n && arr[left] > arr[largest]) largest = left;
    if (right < n && arr[right] > arr[largest]) largest = right;

    if (largest != i) {
        swap(arr, i, largest);
        heapify(arr, n, largest);
    }
}

✅ 7. 希尔排序(Shell Sort)

  • 原理:插入排序的改进版,先按 gap 分组排序,逐步缩小 gap。
  • 时间复杂度:O(n log n) ~ O(n²),取决于 gap 序列
  • 稳定性:❌ 不稳定

✅ 8. 计数排序(Counting Sort)

  • 原理 :适用于小范围整数,统计每个数出现次数。
  • 时间复杂度:O(n + k),k 是数据范围
  • 稳定性:✅ 稳定

✅ 9. 桶排序(Bucket Sort)

  • 原理:将数据分到多个"桶",每个桶内排序,再合并。
  • 时间复杂度:平均 O(n),前提是数据均匀分布
  • 稳定性:✅ 稳定(如果桶内排序稳定)

✅ 10. 基数排序(Radix Sort)

  • 原理:按位排序(个位、十位、百位...),使用计数排序作为子过程。
  • 时间复杂度:O(d * (n + k)),d 是位数
  • 稳定性:✅ 稳定

📊 排序算法对比表

算法 时间复杂度(平均) 最坏 空间 稳定性 适用场景
冒泡排序 O(n²) O(n²) O(1) ✅ 学习、小数据
选择排序 O(n²) O(n²) O(1) ❌ 学习
插入排序 O(n²) O(n²) O(1) ✅ 小数组、几乎有序
快速排序 O(n log n) O(n²) O(log n) ❌ 通用(Java 基本类型)
归并排序 O(n log n) O(n log n) O(n) ✅ 稳定排序、外部排序
堆排序 O(n log n) O(n log n) O(1) ❌ 堆结构学习
计数排序 O(n + k) O(n + k) O(k) ✅ 小范围整数
桶排序 O(n) O(n²) O(n) ✅ 数据均匀分布
基数排序 O(d·(n+k)) O(d·(n+k)) O(n+k) ✅ 字符串、整数

✅ 总结:Java 中的排序方法有几种?

分类 数量 说明
内置排序方法 4 种 Arrays.sort(), Collections.sort(), List.sort(), Stream.sorted()
手动实现算法 10 种 冒泡、选择、插入、快排、归并、堆、希尔、计数、桶、基数

✅ 所以严格来说,Java 中常见的排序方法有 14 种以上。


🎯 使用建议

场景 推荐方法
生产环境排序 Arrays.sort() / List.sort()
面试手写排序 快排、归并、冒泡(至少掌握 3 种)
小数组优化 插入排序(JDK 内部也用)
稳定排序需求 归并、TimSort
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