在Java中，常用的五大排序算法包括：冒泡排序 、选择排序 、插入排序 、快速排序 和 归并排序。下面我将为你详细介绍每种算法的原理、Java实现代码以及它们的优缺点。
1. 冒泡排序 (Bubble Sort)
原理
通过重复遍历要排序的列表，比较相邻元素并交换位置，直到列表完全有序。
Java实现
java
public class BubbleSort {
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 arr[j] 和 arr[j+1]
int temp = arr[j];
arr[j] = arr[j + 1];
arr[j + 1] = temp;
}
}
}
}
}特点
-
时间复杂度：O(n²)
-
空间复杂度：O(1)
-
稳定性：稳定
2. 选择排序 (Selection Sort)
原理
每次从未排序部分选择最小（或最大）元素，放到已排序部分的末尾。
Java实现
java
public class SelectionSort {
public static void selectionSort(int[] arr) {
int n = arr.length;
for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
int minIndex = i;
for (int j = i + 1; j < n; j++) {
if (arr[j] < arr[minIndex]) {
minIndex = j;
}
}
// 交换找到的最小值和当前位置
int temp = arr[minIndex];
arr[minIndex] = arr[i];
arr[i] = temp;
}
}
}特点
-
时间复杂度：O(n²)
-
空间复杂度：O(1)
-
稳定性：不稳定
3. 插入排序 (Insertion Sort)
原理
将未排序元素逐个插入到已排序部分的正确位置。
Java实现
java
public class InsertionSort {
public static void insertionSort(int[] arr) {
int n = arr.length;
for (int i = 1; i < n; i++) {
int key = arr[i];
int j = i - 1;
// 将比key大的元素向右移动
while (j >= 0 && arr[j] > key) {
arr[j + 1] = arr[j];
j--;
}
arr[j + 1] = key;
}
}
}特点
-
时间复杂度：O(n²)
-
空间复杂度：O(1)
-
稳定性：稳定
4. 快速排序 (Quick Sort)
原理
采用分治策略，选择一个基准元素，将数组分为两部分，使得左边都小于基准，右边都大于基准，然后递归排序。
Java实现
java
public class QuickSort {
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++;
// 交换arr[i]和arr[j]
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[j];
arr[j] = temp;
}
}
// 交换arr[i+1]和arr[high]（基准）
int temp = arr[i + 1];
arr[i + 1] = arr[high];
arr[high] = temp;
return i + 1;
}
}特点
-
时间复杂度：平均O(n log n)，最坏O(n²)
-
空间复杂度：O(log n)
-
稳定性：不稳定
5. 归并排序 (Merge Sort)
原理
采用分治策略，将数组递归分成两半，分别排序后合并。
Java实现
java
public class MergeSort {
public static void mergeSort(int[] arr, int left, int right) {
if (left < right) {
int mid = left + (right - left) / 2;
mergeSort(arr, left, mid);
mergeSort(arr, mid + 1, right);
merge(arr, left, mid, right);
}
}
private static void merge(int[] arr, int left, int mid, int right) {
int n1 = mid - left + 1;
int n2 = right - mid;
int[] leftArr = new int[n1];
int[] rightArr = new int[n2];
// 复制数据到临时数组
for (int i = 0; i < n1; i++) {
leftArr[i] = arr[left + i];
}
for (int j = 0; j < n2; j++) {
rightArr[j] = arr[mid + 1 + j];
}
// 合并临时数组
int i = 0, j = 0, k = left;
while (i < n1 && j < n2) {
if (leftArr[i] <= rightArr[j]) {
arr[k] = leftArr[i];
i++;
} else {
arr[k] = rightArr[j];
j++;
}
k++;
}
// 复制剩余元素
while (i < n1) {
arr[k] = leftArr[i];
i++;
k++;
}
while (j < n2) {
arr[k] = rightArr[j];
j++;
k++;
}
}
}特点
-
时间复杂度：O(n log n)
-
空间复杂度：O(n)
-
稳定性：稳定
测试示例
java
public class SortTest {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
System.out.println("原始数组: " + Arrays.toString(arr));
// 选择其中一种排序方法测试
// BubbleSort.bubbleSort(arr);
// SelectionSort.selectionSort(arr);
// InsertionSort.insertionSort(arr);
// QuickSort.quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
MergeSort.mergeSort(arr, 0, arr.length - 1);
System.out.println("排序后数组: " + Arrays.toString(arr));
}
}总结比较
| 排序算法 | 平均时间复杂度 | 最好情况 | 最坏情况 | 空间复杂度 | 稳定性 |
|---|---|---|---|---|---|
| 冒泡排序 | O(n²) | O(n) | O(n²) | O(1) | 稳定 |
| 选择排序 | O(n²) | O(n²) | O(n²) | O(1) | 不稳定 |
| 插入排序 | O(n²) | O(n) | O(n²) | O(1) | 稳定 |
| 快速排序 | O(n log n) | O(n log n) | O(n²) | O(log n) | 不稳定 |
| 归并排序 | O(n log n) | O(n log n) | O(n log n) | O(n) | 稳定 |
这些排序算法各有适用场景，在实际开发中需要根据数据规模、数据特征和性能要求来选择合适的算法。