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 和 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：
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// 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
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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
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// 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
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// 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
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// 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 pivot1 和 pivot2 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
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// 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。
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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
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// 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
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// 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
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/** * 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; } } |
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原文链接：https://blog.csdn.net/u012551120/article/details/115392541
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