Java五大排序算法详解与实现
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
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
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
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
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
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
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。