LeetCode—排序数组
题目
给你一个整数数组 nums，请你将该数组升序排列。
示例 1：
输入：nums = [5,2,3,1]
输出：[1,2,3,5]
示例 2：
输入：nums = [5,1,1,2,0,0]
输出：[0,0,1,1,2,5]
提示：
1 <= nums.length <= 5 * 104
-5 * 104 <= nums[i] <= 5 * 104
冒泡排序 （超出时间限制）
此题一开始想到的就是冒泡排序，暴力两层循环，可以运行，但时间复杂度太大， 超出时间限制
public int[] sortArray(int[] nums) {
for(int i = 0; i < nums.length; i++) {
for(int j = i+1; j < nums.length; j++) {
if(nums[i] > nums[j]) {
int temp = nums[i];
nums[i] = nums[j];
nums[j] = temp;
}
}
}
return nums;
}
快速排序 （最佳：8ms）
// 快速排序 1：基本快速排序
/**
* 列表大小等于或小于该大小，将优先于 quickSort 使用插入排序
*/
private static final int INSERTION_SORT_THRESHOLD = 7;
private static final Random RANDOM = new Random();
public int[] sortArray(int[] nums) {
int len = nums.length;
quickSort(nums, 0, len - 1);
return nums;
}
private void quickSort(int[] nums, int left, int right) {
// 小区间使用插入排序
if (right - left <= INSERTION_SORT_THRESHOLD) {
insertionSort(nums, left, right);
return;
}
int pIndex = partition(nums, left, right);
quickSort(nums, left, pIndex - 1);
quickSort(nums, pIndex + 1, right);
}
/**
* 对数组 nums 的子区间 [left, right] 使用插入排序
*
* @param nums 给定数组
* @param left 左边界，能取到
* @param right 右边界，能取到
*/
private void insertionSort(int[] nums, int left, int right) {
for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
int temp = nums[i];
int j = i;
while (j > left && nums[j - 1] > temp) {
nums[j] = nums[j - 1];
j--;
}
nums[j] = temp;
}
}
private int partition(int[] nums, int left, int right) {
int randomIndex = RANDOM.nextInt(right - left + 1) + left;
swap(nums, left, randomIndex);
// 基准值
int pivot = nums[left];
int lt = left;
// 循环不变量：
// all in [left + 1, lt] < pivot
// all in [lt + 1, i) >= pivot
for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
if (nums[i] < pivot) {
lt++;
swap(nums, i, lt);
}
}
swap(nums, left, lt);
return lt;
}
private void swap(int[] nums, int index1, int index2) {
int temp = nums[index1];
nums[index1] = nums[index2];
nums[index2] = temp;
}
归并排序 （此题最佳算法：6ms）
/**
* 列表大小等于或小于该大小，将优先于 mergeSort 使用插入排序
*/
private static final int INSERTION_SORT_THRESHOLD = 7;
public int[] sortArray(int[] nums) {
int len = nums.length;
int[] temp = new int[len];
mergeSort(nums, 0, len - 1, temp);
return nums;
}
/**
* 对数组 nums 的子区间 [left, right] 进行归并排序
*
* @param nums
* @param left
* @param right
* @param temp 用于合并两个有序数组的辅助数组，全局使用一份，避免多次创建和销毁
*/
private void mergeSort(int[] nums, int left, int right, int[] temp) {
// 小区间使用插入排序
if (right - left <= INSERTION_SORT_THRESHOLD) {
insertionSort(nums, left, right);
return;
}
int mid = left + (right - left) / 2;
// Java 里有更优的写法，在 left 和 right 都是大整数时，即使溢出，结论依然正确
// int mid = (left + right) >>> 1;
mergeSort(nums, left, mid, temp);
mergeSort(nums, mid + 1, right, temp);
// 如果数组的这个子区间本身有序，无需合并
if (nums[mid] <= nums[mid + 1]) {
return;
}
mergeOfTwoSortedArray(nums, left, mid, right, temp);
}
/**
* 对数组 arr 的子区间 [left, right] 使用插入排序
*
* @param arr 给定数组
* @param left 左边界，能取到
* @param right 右边界，能取到
*/
private void insertionSort(int[] arr, int left, int right) {
for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
int temp = arr[i];
int j = i;
while (j > left && arr[j - 1] > temp) {
arr[j] = arr[j - 1];
j--;
}
arr[j] = temp;
}
}
/**
* 合并两个有序数组：先把值复制到临时数组，再合并回去
*
* @param nums
* @param left
* @param mid [left, mid] 有序，[mid + 1, right] 有序
* @param right
* @param temp 全局使用的临时数组
*/
private void mergeOfTwoSortedArray(int[] nums, int left, int mid, int right, int[] temp) {
System.arraycopy(nums, left, temp, left, right + 1 - left);
int i = left;
int j = mid + 1;
for (int k = left; k <= right; k++) {
if (i == mid + 1) {
nums[k] = temp[j];
j++;
} else if (j == right + 1) {
nums[k] = temp[i];
i++;
} else if (temp[i] <= temp[j]) {
// 注意写成 < 就丢失了稳定性（相同元素原来靠前的排序以后依然靠前）
nums[k] = temp[i];
i++;
} else {
// temp[i] > temp[j]
nums[k] = temp[j];
j++;
}
}
}
插入排序 （1560ms）
// 插入排序：稳定排序，在接近有序的情况下，表现优异
public int[] sortArray(int[] nums) {
int len = nums.length;
// 循环不变量：将 nums[i] 插入到区间 [0, i) 使之成为有序数组
for (int i = 1; i < len; i++) {
// 先暂存这个元素，然后之前元素逐个后移，留出空位
int temp = nums[i];
int j = i;
// 注意边界 j > 0
while (j > 0 && nums[j - 1] > temp) {
nums[j] = nums[j - 1];
j--;
}
nums[j] = temp;
}
return nums;
}
选择排序 （超出时间限制）
// 选择排序：每一轮选择最小元素交换到未排定部分的开头
public int[] sortArray(int[] nums) {
int len = nums.length;
// 循环不变量：[0, i) 有序，且该区间里所有元素就是最终排定的样子
for (int i = 0; i < len - 1; i++) {
// 选择区间 [i, len - 1] 里最小的元素的索引，交换到下标 i
int minIndex = i;
for (int j = i + 1; j < len; j++) {
if (nums[j] < nums[minIndex]) {
minIndex = j;
}
}
swap(nums, i, minIndex);
}
return nums;
}
private void swap(int[] nums, int index1, int index2) {
int temp = nums[index1];
nums[index1] = nums[index2];
nums[index2] = temp;
}
public static void main(String[] args) {
int[] nums = {5, 2, 3, 1};
Solution solution = new Solution();
int[] res = solution.sortArray(nums);
System.out.println(Arrays.toString(res));
}