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Java中怎么使用DualPivotQuicksort排序

发布时间:2022-02-21 17:00:30 来源:亿速云 阅读:193 作者:iii 栏目:开发技术

本篇内容介绍了“Java中怎么使用DualPivotQuicksort排序”的有关知识,在实际案例的操作过程中,不少人都会遇到这样的困境,接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧!希望大家仔细阅读,能够学有所成!

    Java排序 - DualPivotQuicksort

    这里描述 leftmost = true 的情况,也就是会从数组的开始一直排序到数组的结尾。

    数组类型:int[]long[]short[]char[]float[]double[],还有比较特殊的 byte[]

    1. 插入排序(insertion sort)

    适合长度短的数组排序,对于byte[] 长度小于等于30其它数组长度小于47 的情况,会使用这种排序

    代码以 int[] a 为例:

    // 第一次循环i=j=0,之后每次循环j=i. // j = ++i相当于在每次循环的最后执行 {i++; j = i;} // j = i++相当于在每次循环的最后执行 {j = i; i++;} for (int i = 0, j = i; i < (length - 1); j = ++i) {     int ai = a[i + 1]; // 每次循环的目的是将下一个数排到它应该在的位置,这里ai就是下一个数     while (ai < a[j]) { // while循环的目的是确定j的值 和 把所有比ai大的项向后移一位来腾出ai的位置         a[j + 1] = a[j]; // 把比ai大的项向后移一位         if (j-- == left) { // j-- 确定j的值,也就是确定ai的位置, j 可能等于 -1             break;         }     }     a[j + 1] = ai; // j+1 就是ai的位置 }

    2. 计数排序(counting sort)

    只针对byte[] 长度大于30的情况,因为byte的范围是[-128, 127],只有256个数,所以循环会利用这点

    int[] count = new int[256]; // 第一次循环:计数 for (int i = (0 - 1); ++i <= (length - 1); count[a[i] - (-128)]++); // 第二次循环:给 < byte[] a > 赋值 // 循环结束条件以k为标准,k<=0就会停止; // 因为i和k没有固定关系,所以没有增量表达式,但在方法体中利用--i和--k进行增量。 for (int i = 256, k = length; k > 0; ) {     while (count[--i] == 0); // 如果计数个数为0,什么也不做,--i     byte value = (byte) (i + (-128));     int s = count[i];     do {         a[--k] = value;     } while (--s > 0); }

    3. 快速排序(Quicksort)

    适合长度短的数组排序,插入排序也是快速排序的一种。
    对于byte[] 长度大于30的情况会使用 计数排序,不是这种排序。
    而对于其它数组长度大于等于47并且小于286 的情况,会使用这种排序。

    3.1 对数组做近似7等分

    // 7等分一段的长度近似值 int seventh = (length >> 3) + (length >> 6) + 1; // 一个数组分为7段,则有五个切割点,如下为五个切割点的下标 int e3 = (left + right) >>> 1; // The midpoint int e2 = e3 - seventh; int e1 = e2 - seventh; int e4 = e3 + seventh; int e5 = e4 + seventh;

    3.2 对五个切割点进行插入排序

    // Sort these elements using insertion sort if (a[e2] < a[e1]) { int t = a[e2]; a[e2] = a[e1]; a[e1] = t; } if (a[e3] < a[e2]) { int t = a[e3]; a[e3] = a[e2]; a[e2] = t;     if (t < a[e1]) { a[e2] = a[e1]; a[e1] = t; } } if (a[e4] < a[e3]) { int t = a[e4]; a[e4] = a[e3]; a[e3] = t;     if (t < a[e2]) { a[e3] = a[e2]; a[e2] = t;         if (t < a[e1]) { a[e2] = a[e1]; a[e1] = t; }     } } if (a[e5] < a[e4]) { int t = a[e5]; a[e5] = a[e4]; a[e4] = t;     if (t < a[e3]) { a[e4] = a[e3]; a[e3] = t;         if (t < a[e2]) { a[e3] = a[e2]; a[e2] = t;             if (t < a[e1]) { a[e2] = a[e1]; a[e1] = t; }         }     } }

    3.3 创建两个变量作为下标记录值

    // 中心部分第一个元素的索引 int less  = left; // 右部分第一个元素前的索引 int great = right;

    3.4 五个切割点的值都不相同的情况

    这种情况会将排序分三块,变量 pivot1pivot2 作为三块区域值的区分:
    第一块区域所有的值都 < pivot1
    第二块区域所有的值都 >= pivot1 并且 <= pivot2
    第三块区域所有的值都 > pivot2

    3.4.1 第一块和第三块处理
    // 取两个值作为分区值 int pivot1 = a[e2]; int pivot2 = a[e4]; // 要排序的第一个和最后一个元素被移动到以前由枢轴占据的位置。 // 当分区完成时,轴心点被交换回它们的最终位置,并从随后的排序中排除。 a[e2] = a[left]; a[e4] = a[right]; // less一开始等于left, great一开始等于right。 // 跳过小于或大于分割值的元素。 while (a[++less] < pivot1); // 没有判断第一个 while (a[--great] > pivot2); // 没有判断最后一个 // 循环带outer:,`break outer;`会跳出整个循环,也就是结束整个下面的for循环。 // less不参与循环,只是一开始给k赋值,less的变化始终是`++less`,用来交换数组中的值。 outer: for (int k = less - 1; ++k <= great; ) {     int ak = a[k];     if (ak < pivot1) { // Move a[k] to left part         a[k] = a[less];         /*          * Here and below we use "a[i] = b; i++;" instead          * of "a[i++] = b;" due to performance issue.          */         a[less] = ak;         ++less;     } else if (ak > pivot2) { // Move a[k] to right part         while (a[great] > pivot2) {             if (great-- == k) {                 break outer;             }         }         if (a[great] < pivot1) { // a[great] <= pivot2             a[k] = a[less];             a[less] = a[great];             ++less;         } else { // pivot1 <= a[great] <= pivot2             a[k] = a[great];         }         /*          * Here and below we use "a[i] = b; i--;" instead          * of "a[i--] = b;" due to performance issue.          */         a[great] = ak;         --great;     } } // 循环结束,交换left和(less - 1)的值,也就是处理循环前`a[e2] = a[left];`导致的分区错误 a[left]  = a[less  - 1]; a[less  - 1] = pivot1; // 循环结束,交换right和(great + 1)的值,也就是处理循环前`a[e4] = a[right];`导致的分区错误 a[right] = a[great + 1]; a[great + 1] = pivot2; // 分为三部分后,嵌套排序第一部分和第三部分 sort(a, left, less - 2, leftmost); sort(a, great + 2, right, false);
    3.4.2 第二块处理

    分两种情况:
    如果第二块剩余项超过数组要排序总长度的4/7,会将等于pivot1和等于pivot2的值取出来,再次缩减less和great中间的部分,然后进行排序。
    否则直接排序。

    if (less < e1 && e5 < great) { // 剩余的中间部分超过4/7     /*      * Skip elements, which are equal to pivot values.      */     while (a[less] == pivot1) {         ++less;     }     while (a[great] == pivot2) {         --great;     }     outer:     for (int k = less - 1; ++k <= great; ) {         int ak = a[k];         if (ak == pivot1) { // Move a[k] to left part             a[k] = a[less];             a[less] = ak;             ++less;         } else if (ak == pivot2) { // Move a[k] to right part             while (a[great] == pivot2) {                 if (great-- == k) {                     break outer;                 }             }             if (a[great] == pivot1) { // a[great] < pivot2                 a[k] = a[less];                 a[less] = pivot1;                 ++less;             } else { // pivot1 < a[great] < pivot2                 a[k] = a[great];             }             a[great] = ak;             --great;         }     } } // Sort center part recursively sort(a, less, great, false);

    3.5 五个切割点的值有相同的情况(单轴分区 Partitioning with one pivot)

    这种情况也可以理解为将排序分三块,但只需要一个变量 pivot 作为三块区域值的区分:
    第一块区域所有的值都 < pivot
    第二块区域所有的值都 = pivot,因为这块区域的值都相等,最后就可以不用排序
    第三块区域所有的值都 > pivot

    // 取下标在中间的值做一个临时变量,该变量是中值的廉价近似值,作为分割值 int pivot = a[e3]; // less一开始等于left, great一开始等于right。 // 方法体内部不断修改great的值,使循环执行的次数不断的缩减,一次循环great可以减少0,可以减少1,可以减少n。 // less并不影响循环,只是作为临时变量进行数组中值的交换,始终小于等于k,一次循环只能加1或不加。 for (int k = less; k <= great; ++k) {     if (a[k] == pivot) { // 如果a[k]的值等于分割值,跳过         continue;     }     int ak = a[k]; // 取出a[k]值赋给临时变量ak     if (ak < pivot) { // Move a[k] to left part         a[k] = a[less];         a[less] = ak;         ++less;     } else { // a[k] > pivot - Move a[k] to right part         while (a[great] > pivot) {             --great;         }         if (a[great] < pivot) { // a[great] <= pivot             a[k] = a[less];             a[less] = a[great];             ++less;         } else { // a[great] == pivot             /*              * Even though a[great] equals to pivot, the              * assignment a[k] = pivot may be incorrect,              * if a[great] and pivot are floating-point              * zeros of different signs. Therefore in float              * and double sorting methods we have to use              * more accurate assignment a[k] = a[great].              */             a[k] = pivot;         }         a[great] = ak;         --great;     } } // 分为三部分后,嵌套排序第一部分和第三部分 sort(a, left, less - 1, leftmost); sort(a, great + 1, right, false);

    4. 合并排序(merge sort)

    长度很长的数组排序,对于其它数组长度大于等于286 的情况,会使用这种排序。

    两个关键常量,起控制作用

    // 合并排序中的最大运行次数 static final int MAX_RUN_COUNT = 67; // 合并排序中运行的最大长度 static final int MAX_RUN_LENGTH = 33;

    排序方法

    /**  * 长度大于等于286的int数组排序  *   * @param a  *            要排序int数组  * @param left  *            起始下标  * @param right  *            结束下标  * @param work  *            null  * @param workBase  *            0  * @param workLen  *            0  */ private static void largeSort(int[] a, int left, int right, int[] work,	int workBase, int workLen) {     /*      * Index run[i] is the start of i-th run (ascending or descending      * sequence).      */     int[] run = new int[MAX_RUN_COUNT + 1];     int count = 0;     run[0] = left;     // Check if the array is nearly sorted     for (int k = left; k < right; run[count] = k) {         if (a[k] < a[k + 1]) { // ascending             while (++k <= right && a[k - 1] <= a[k]);         } else if (a[k] > a[k + 1]) { // descending             while (++k <= right && a[k - 1] >= a[k]);             for (int lo = run[count] - 1, hi = k; ++lo < --hi;) {                 int t = a[lo];                 a[lo] = a[hi];                 a[hi] = t;             }         } else { // equal             for (int m = MAX_RUN_LENGTH; ++k <= right && a[k - 1] == a[k];) {                 if (--m == 0) {                     sort(a, left, right, true);                     return;                 }             }         }         /*          * The array is not highly structured, use Quicksort instead of          * merge sort.          */         if (++count == MAX_RUN_COUNT) {             sort(a, left, right, true);             return;         }     }     // Check special cases     // Implementation note: variable "right" is increased by 1.     if (run[count] == right++) { // The last run contains one element         run[++count] = right;     } else if (count == 1) { // The array is already sorted         return;     }     // Determine alternation base for merge     byte odd = 0;     for (int n = 1; (n <<= 1) < count; odd ^= 1);     // Use or create temporary array b for merging     int[] b; // temp array; alternates with a     int ao, bo; // array offsets from 'left'     int blen = right - left; // space needed for b     if (work == null || workLen < blen || workBase + blen > work.length) {         work = new int[blen];         workBase = 0;     }     if (odd == 0) {         System.arraycopy(a, left, work, workBase, blen);         b = a;         bo = 0;         a = work;         ao = workBase - left;     } else {         b = work;         ao = 0;         bo = workBase - left;     }     // Merging     for (int last; count > 1; count = last) {         for (int k = (last = 0) + 2; k <= count; k += 2) {             int hi = run[k], mi = run[k - 1];             for (int i = run[k - 2], p = i, q = mi; i < hi; ++i) {                 if (q >= hi || p < mi && a[p + ao] <= a[q + ao]) {	b[i + bo] = a[p++ + ao];                 } else {	    b[i + bo] = a[q++ + ao];	}	}	run[++last] = hi;	}	if ((count & 1) != 0) {	for (int i = right, lo = run[count - 1]; --i >= lo;	    b[i + bo] = a[i + ao]	);	run[++last] = right;	}	int[] t = a;	a = b;	b = t;	int o = ao;	ao = bo;	bo = o;	} }

    “Java中怎么使用DualPivotQuicksort排序”的内容就介绍到这里了,感谢大家的阅读。如果想了解更多行业相关的知识可以关注亿速云网站,小编将为大家输出更多高质量的实用文章!

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