图解Java经典算法冒泡选择插入希尔排序的原理与实现

目录

• 一、冒泡排序
• 1、基本介绍
• 2、代码实现
• 二、 选择排序
• 1、基本介绍
• 2、代码实现
• 三、插入排序
• 1、基本介绍
• 2、代码实现
• 四、希尔排序
• 1、基本介绍
• 2、代码实现（交换排序）
• 3、代码实现（移位排序）

一、冒泡排序

1、基本介绍

冒泡排序是重复地走访要排序的元素，依次比较两个相邻的元素，如果它们的顺序与自己规定的不符合，则把两个元素的位置交换。走访元素重复地进行，直到没有相邻元素需要交换为止，完成整个排序过程。

算法原理

1、比较相邻元素，如果前一个元素大于后一个元素，则交换。

2、依次向后对每一对相邻元素做同样的工作，直到队列末尾，第一轮过后最大的元素就位于最后一个元素位置了。

3、重复以上步骤，直到最后一个元素位置的前一位为止（因为最后一位已经排了）。

4、持续每次对越来越少的元素重复上面步骤，直到第一个元素和第二个元素交换后顺序为从大到小或从小到大，排序结束。

2、代码实现

冒泡排序实际上就是两个数两个数的比较，每循环一次将最大或最小的数放在最后，剩下的就继续两两比较。

public static void bubbleSort(int[] arr){
        //中间变量，用来交换数据
        int temp = 0;
        //外层循环
        for (int i = 0 ; i < arr.length - 1 ; i++){
            //内层循环，每次找到最大的数后放在最后，下次遍历则会少一次，及arr.length - i - 1
            for(int j = 0; j < arr.length - i - 1; j++){
                //判断大小
                if(arr[j] > arr[j + 1]){
                    //将两数进行交换
                    temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                }
            }
        }
}

二、 选择排序

1、基本介绍

首先第一次确定第一个数为最小的，然后利用for循环，将第一个数后的数据遍历一遍，找是否还有比第一个数更小的，记录下来，遍历完毕后将第一个数与最小的数进行交换。然后又确定第二数，找第二个数以后的数，是否还有比第二个数更小的，找到后与第二个数又进行交换，重复上面即可。

以后的每次循环都是按照这种方式，直到最后两个数排完，数据就是有序的了。

2、代码实现

public static void choiceSort(int[] arr){
        //用来记录最小的数
        int arrData = 0;
        //记录最小的数的下标
        int arrindx = 0;
        //外层循环，直到 arr.length - 1 即可
        for(int i = 0; i < arr.length - 1; i++){
            //首先把arr[i] 当做最小的数，并记录下标
            arrData = arr[i];
            arrindx = i;
            //内层循环，遍历 i 以后的数，找到比 arr[i] 还小的数
            for (int j = i + 1; j < arr.length; j++){
                //找到更小的数，就进行记录
                if(arrData > arr[j]){
                    arrData = arr[j];
                    arrindx = j;
                }
            }
            //循环完毕，说明找到了，最小的数，与arr[i] 进行交换即可
            arr[arrindx] = arr[i];
            arr[i] = arrData;
        }
}

三、插入排序

1、基本介绍

前面我们介绍的选择排序，找到最小的就与前面的进行交换。而插入排序，就是将确定的数的后一位插入到前面即可。图形介绍：

开始，id指向第一个数，mid指向第二个数，然后两个数进行比较。

此时，1 比 3 小，但是3前面没数据了，于是将1插入到3的前面，注意这里是插入，不是交换。下一步 3 比 5 小，于是不用插入。

经过三次比较，确定了 2 的位置在 1 和 3 直接，直接将 2 插入。

又经过四次比较，找到 0 的位置 在 1 的前面，于是将 0 插入到 1 的前面即可。

2、代码实现

 public static void insertSort(int[] arr){
        //下标为 0 的数是确定的，从下标为 1 开始循环
        for (int i = 1; i < arr.length; i++){
            // 将下标为 i 的数暂存起来
            int arrData = arr[i];
            //从 i - 1 开始往前循环
            int arrIndx = i - 1;
            //判断退出的条件 大于等于0
            while (arrIndx >= 0){
                //如果arrData 大于 下标为arrIndx 的数，则位置找到，退出循环
                if (arrData > arr[arrIndx]){
                    break;
                }
                //没有找到，就将前面的数往后移
                arr[arrIndx + 1] = arr[arrIndx];
                arrIndx--;
            }
            //找到位置后，就将暂存的数据arrData 插入到下标为arrIndx的位置
            arr[arrIndx + 1] = arrData;
        }
    }

四、希尔排序

1、基本介绍

首先将数组分为两组，3、2、0 为一组，1、5为一组，g = arr.length / 2。

2 和 3 进行判断，3 比 2 大 ，然后进行交换位置，交换后 j = j- g< 0（因为第一次的分为两组，所以 i - 2）。所以 i++ ，j = i - g

不需要交换， 然后 j = j- g < 0 ,所以 i++ ，j = i - g

3 比 0 大 ，需要交换。然后 j = j - g > 0 , j = j - g

交换后 j = j - g < 0 , i++ > arr.length 了，第一轮结束

第二轮：在arr.length / 2的基础上再除2 ， 于是 g = 1 ；

然后两两交换，交换后 进行j = j - g > 0 的判断 ，不成立则 i++, j = i - g ，成立则 j = j - g ，就这样一直循环下去。第二轮后的结果：

第二轮结束后，g / 2 = 0 结果不大于 0，所以排序结束

2、代码实现（交换排序）

    public static void shellSort_exchange(int[] arr){
        //做中间变量，进行数据交换
        int temp = 0;
        // g 首先数组总长除以2， 然后每次除以2
        for(int g = arr.length / 2 ; g > 0 ; g /= 2){
            // i 从 g 的位置开始遍历
            for(int i = g ; i < arr.length ; i++){
                // j 从 i - g 的位置开始向前遍历，j 的位置由 j - g 来决定
                for(int j = i - g ; j >= 0 ; j -= g){
                    //判断 下标(j + g) 和 下标j 位置的数的大小，然后进行交换
                    if(arr[j + g] < arr[j]){
                        //交换即可
                        temp = arr[j + g];
                        arr[j + g] = arr[j];
                        arr[j] = temp;
                    }
                }
            }
        }
    }

3、代码实现（移位排序）

移位排序的思想与前面的交换排序一样的，只是在交换数的方式上有变化。交换排序数的交换方式来自冒泡排序，而移位排序数的交换方式来自插入排序。

    public static void test1(int[] arr){
        //与前面一样，开始数组长度除以2 ， 然后每次除以2
        for(int g = arr.length / 2 ; g > 0 ; g /= 2){
            // i 从 g 位置开始，每次加一
            for(int i = g ; i < arr.length ; i++){
                //定义 j 的位置 为 i
                int j = i ;
                //将 下标为 i 位置的数暂存起来
                int temp = arr[i];
                //判断 下标j位置的数 和 j - g 位置的数，与前面一样
                if(arr[j] < arr[j - g] ){
                    //遍历循环
                    while(j - g >= 0 && temp < arr[j - g]){
                        //满足条件，就移位，将前面的数 (下标j - g) 往后移 (下标j)
                        arr[j] = arr[j - g];
                        j -= g;// j 每次 -g
                    }
                }
                //退出循环或判断条件后，将暂存的temp (arr[i]) 赋值给 arr[j]
                arr[j] = temp;
            }
        }
    }

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