前言:
如今我们对“sortjava”大约比较关怀,大家都需要分析一些“sortjava”的相关资讯。那么小编同时在网上汇集了一些关于“sortjava””的相关文章,希望各位老铁们能喜欢,兄弟们一起来了解一下吧!最近在LeetCode上刷题,刚好遇到一个数组排序的问题,发现使用JDK自带的Arrays.sort()排序方法比大多数的常见排序算法快,所以赶紧跑来了解学习下Arrays.sort()底层究竟是如何实现排序的.
具体的JDK源码阅读环境的搭建可以参考我另一篇博客JDK源码阅读环境搭建(打个广告؏؏☝ᖗ乛◡乛ᖘ☝؏؏)
(ps: 如果找不到tools包的小伙伴们,看看是不是当初安装jdk的时候将jdk以及jre的路径修改成同一个路径了,如果是同个路径的话,恭喜你,需要卸载重装JDK了,因为包被覆盖掉了,所以会报少包的错)
入口案例
package test.arrays; import java.util.Arrays; public class TestArrays { private static Random r = new Random(); public static void main(String[] args) { // 初始化数组 int[] arr = new int[286]; for (int i = 0; i < arr.length; i++) { arr[i] = r.nextInt(100); } // 入口 Arrays.sort(arr); } }
Arrays.sort()
/* * 排序方法。 * 请注意,所有公共“ sort”方法都采用相同的形式: * 必要时执行参数检查,然后将参数扩展为其他package-private类中内部的实现方法所需的参数(legacyMergeSort除外)类) */ /** * 将指定的数组按升序排列。 * <p>实施说明: * 排序算法是Vladimir Yaroslavskiy,Jon Bentley和Joshua Bloch编写的双枢轴快速排序。(感谢大佬们!!!) * 该算法在许多数据集上提供O(n log(n))性能,从而导致其他快速排序降级为二次性能,并且通常比传统(单轴)Quicksort实现更快。 * @param a 一个要排序的数组 */ public static void sort(int[] a) { DualPivotQuicksort.sort(a, 0, a.length - 1, null, 0, 0); }
在Arrays.sort()中,我们可以看到这里面使用的是Dual-Pivot Quicksort来进行排序,继续跳转到DualPivotQuicksort类中查看
DualPivotQuicksort.sort()
/** * 如果可能的话,使用给定的工作区数组切片对数组的指定范围进行排序 * @param a 要排序的数组 * @param left 要排序的第一个元素的索引(含) * @param right 要排序的最后一个元素的索引(含) * @param work 工作区数组(切片) * @param work 工作阵列中可用空间的起源 * @param workLen 工作数组的可用大小 */ static void sort(int[] a, int left, int right, int[] work, int workBase, int workLen) { // 在小型阵列上使用快速排序 // QUICKSORT_THRESHOLD: 如果要排序的数组的长度小于此常数,则快速排序优先于合并排序。(默认值: 286) if (right - left < QUICKSORT_THRESHOLD) { sort(a, left, right, true); return; } /* * 索引 run[i] 是第i次运行的开始(升序或降序)。 * MAX_RUN_COUNT: 合并排序中的最大运行次数(默认值: 67) */ int[] run = new int[MAX_RUN_COUNT + 1]; int count = 0; run[0] = left; // 检查数组是否接近排序 for (int k = left; k < right; run[count] = k) { if (a[k] < a[k + 1]) { // 升序 while (++k <= right && a[k - 1] <= a[k]); } else if (a[k] > a[k + 1]) { // 降序 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 { // 等于 // MAX_RUN_LENGTH: 合并排序中运行的最大长度(默认值: 33) for (int m = MAX_RUN_LENGTH; ++k <= right && a[k - 1] == a[k]; ) { if (--m == 0) { sort(a, left, right, true); return; } } } /* * 数组不是高度结构化,请使用快速排序而不是合并排序。 */ if (++count == MAX_RUN_COUNT) { sort(a, left, right, true); return; } } // 后面还有特殊情况,不知怎么测试出来就不贴了... }
方法中会先对要排序的数组长度进行判断,如果长度小于286的话,则使用Dual-Pivot Quicksort(双枢轴快速排序)
Dual-Pivot Quicksort
/** * 通过Dual-Pivot Quicksort对指定范围的数组进行排序。 * * @param a 要排序的数组 * @param left 要排序的第一个元素的索引(含) * @param right 要排序的最后一个元素的索引(含) * @param leftmost 指示此部分是否在范围的最左侧 */ private static void sort(int[] a, int left, int right, boolean leftmost) { int length = right - left + 1; // 在小型阵列上使用插入排序 // INSERTION_SORT_THRESHOLD: 如果要排序的数组的长度小于此常数,插入排序优先于快速排序使用。 if (length < INSERTION_SORT_THRESHOLD) { // 为了方便查看,我把这部分单独拿了出来,可调到下面进行查看 return; } // 得到总长度的七分之一 int seventh = (length >> 3) + (length >> 6) + 1; /* * 在范围内的中心元素周围(包括周围)对五个等距元素进行排序。 * 这些元素将用于枢轴选择,如下所述。 * 根据经验确定这些元素的间距选择可以在各种输入上很好地工作。 */ int e3 = (left + right) >>> 1; // 中点, 4/7 int e2 = e3 - seventh; // 3/7 int e1 = e2 - seventh; // 2/7 int e4 = e3 + seventh; // 5/7 int e5 = e4 + seventh; // 6/7 // 使用插入排序对五个元素(枢轴)进行排序 // 第二个点小于第一个点则交换 if (a[e2] < a[e1]) { int t = a[e2]; a[e2] = a[e1]; a[e1] = t; } // 第三个点小于第二个点则交换 if (a[e3] < a[e2]) { int t = a[e3]; a[e3] = a[e2]; a[e2] = t; // 3换到2之后再判断是否小于1,如果小于1则继续交换 if (t < a[e1]) { a[e2] = a[e1]; a[e1] = t; } } // 同上 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; } } } // 同上 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; } } } } // 指针 int less = left; int great = right; // 判断五个元素是否都不一致 if (a[e1] != a[e2] && a[e2] != a[e3] && a[e3] != a[e4] && a[e4] != a[e5]) { /* * 使用五个排序元素中的第二个和第四个作为轴心。 * 这些值是阵列的第一和第二对的便宜的近似值。 * 请注意 pivot1 <= pivot2。 */ int pivot1 = a[e2]; int pivot2 = a[e4]; /* * 将要排序的第一个和最后一个元素移动到以前由枢轴占据的位置。 * 分区完成后,枢轴将交换回其最终位置,并从后续排序中排除。 */ a[e2] = a[left]; a[e4] = a[right]; /* * 跳过元素, 小于或大于枢轴值。 */ while (a[++less] < pivot1); while (a[--great] > pivot2); /* * 分区: * * left part center part right part * +--------------------------------------------------------------+ * | < pivot1 | pivot1 <= && <= pivot2 | ? | > pivot2 | * +--------------------------------------------------------------+ * ^ ^ ^ * | | | * less k great * * Invariants: * * all in (left, less) < pivot1 * pivot1 <= all in [less, k) <= pivot2 * all in (great, right) > pivot2 * * 指针 k 是 ?至part 的第一个索引. */ outer: for (int k = less - 1; ++k <= great; ) { int ak = a[k]; if (ak < pivot1) { // 移动 a[k] 到左边 a[k] = a[less]; /* * 由于性能问题,在这里和下面, * 我们使用 "a[i] = b; i++;" 代替 "a[i++] = b;" */ a[less] = ak; ++less; } else if (ak > pivot2) { // 移动 a[k] 到右边 // 获取右边第一位小于pivot2的元素索引 while (a[great] > pivot2) { if (great-- == k) { // 遍历完跳出循环 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]; } /* * 由于性能问题,在这里和下面, * 我们使用 "a[i] = b; i--;" 代替 "a[i--] = b;" */ a[great] = ak; --great; } } // 交换枢轴到最终位置 a[left] = a[less - 1]; a[less - 1] = pivot1; a[right] = a[great + 1]; a[great + 1] = pivot2; // 递归排序左右部分,不包括已知的轴 sort(a, left, less - 2, leftmost); sort(a, great + 2, right, false); /* * 如果中心部分太大(大于等于数组的七分之四),则将内部枢轴值交换到末端。 */ if (less < e1 && e5 < great) { /* * 跳过等于枢轴值的元素。 */ while (a[less] == pivot1) { ++less; } while (a[great] == pivot2) { --great; } /* * Partitioning: * * left part center part right part * +----------------------------------------------------------+ * | == pivot1 | pivot1 < && < pivot2 | ? | == pivot2 | * +----------------------------------------------------------+ * ^ ^ ^ * | | | * less k great * * Invariants: * * all in (*, less) == pivot1 * pivot1 < all in [less, k) < pivot2 * all in (great, *) == pivot2 * * Pointer k is the first index of ?-part. */ 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]; /* * 即使a[great]等于pivot1, * 分配a[less] = pivot1可能不正确, * 如果a[great]和pivot1是不同符号的浮点零。 * 因此,在浮点和双精度排序方法中 * 我们必须使用更准确的赋值a[less] = a[great]。 */ a[less] = pivot1; ++less; } else { // pivot1 < a[great] < pivot2 a[k] = a[great]; } a[great] = ak; --great; } } } // 递归排序中心部分 sort(a, less, great, false); } else { // 用一个枢轴进行分区 /* * 使用五个排序元素中的第三个作为枢轴。 * 该值是中值的廉价近似值。 */ int pivot = a[e3]; /* * 分区退化为传统的3向(或“荷兰国旗”)架构 * * left part center part right part * +-------------------------------------------------+ * | < pivot | == pivot | ? | > pivot | * +-------------------------------------------------+ * ^ ^ ^ * | | | * less k great * * Invariants: * * all in (left, less) < pivot * all in [less, k) == pivot * all in (great, right) > pivot * * Pointer k is the first index of ?-part. */ for (int k = less; k <= great; ++k) { if (a[k] == pivot) { continue; } int ak = a[k]; 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 a[k] = pivot; } a[great] = ak; --great; } } /* * 递归排序左右部分。 * 中心部分的所有元素均相等,因此已经排序。 */ sort(a, left, less - 1, leftmost); sort(a, great + 1, right, false); } }
方法中会先对要排序的数组长度进行判断,如果长度小于47的话,则使用Insertion Sort(插入排序),长度大于等于47则将数组分为5个长度相同的区域,再递归进行排序
Insertion Sort
private static void sort(int[] a, int left, int right, boolean leftmost) { if (leftmost) { /* * 传统(无前哨)插入类型, * 针对服务器VM进行了优化, * 用于最左边的部分. */ for (int i = left, j = i; i < right; j = ++i) { int ai = a[i + 1];// 得到下一位元素的值 /* * 判断ai是否小于前面的元素值 * 如果小于则将前面的值后移一位 * 一直往前遍历交换到首位或者前面元素值小于等于ai为止 */ while (ai < a[j]) { a[j + 1] = a[j]; if (j-- == left) { break; } } // 将最终索引出的值改为ai,完成交换 a[j + 1] = ai; } } else { /* * 跳过最长的升序. */ do { if (left >= right) { return; } } while (a[++left] >= a[left - 1]); /* * 相邻部分的每个元素都扮演着哨兵的角色, * 因此,这使我们避免了每次迭代的左范围检查。 * 此外,我们使用更优化的算法 * 所谓的配对插入排序 * (在Quicksort的背景下)这比传统的插入排序实现要快。 */ for (int k = left; ++left <= right; k = ++left) { long a1 = a[k], a2 = a[left]; if (a1 < a2) { a2 = a1; a1 = a[left]; } while (a1 < a[--k]) { a[k + 2] = a[k]; } a[++k + 1] = a1; while (a2 < a[--k]) { a[k + 1] = a[k]; } a[k + 1] = a2; } long last = a[right]; while (last < a[--right]) { a[right + 1] = a[right]; } a[right + 1] = last; } }
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