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使用JAVA直观感受快速排序与冒泡排序的性能差异

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初学算法，肯定会编写排序算法

其中两个最为有名的就是冒泡排序和快速排序

理论上冒泡排序的时间复杂度为O(N^2)，快速排序的时间复杂度为O(NlogN)

下面本门使用JAVA，分别编写三段排序程序

  1. 对十万个0-9999的整数进行一次冒泡排序

  2. 对十万个0-9999的整数进行1000次快速排序，使用递归完成

  3. 对十万个0-9999的整数进行1000次快速排序，使用堆栈完成

对十万个0-9999的整数进行一次冒泡排序：

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package sort;
 
import java.util.Date;
 
public class PopSort {
    public static void main(String[] args){
        int N=100000;
        int[] array=new int[N];
        for(int i=0;i<N;i++)
            array[i]=(int) (Math.random()*9999);
         
        Date begin=new Date();
         
        for(int i=N-1;i>1;i--){
            for(int j=0;j<i;j++){
                if(array[j]>array[j+1]){
                    int tmp=array[j];
                    array[j]=array[j+1];
                    array[j+1]=tmp;
                }
            }
        }
         
        Date end=new Date();
        System.out.println("使用冒泡排序，对 " +N+ "个整数进行排序，用时：" +String.valueOf(end.getTime()-begin.getTime())+ "毫秒");
        for(int i=0;i<100;i++)
            System.out.print(array[i]+" ");
    }
}

执行结果：

下面是使用递归方法的快速排序：

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package sort;
 
import java.util.Date;
 
public class QuickSort {
    public static void main(String[] args){
        int K=1000;
        int N=100000;
        Date begin = new Date();
         
        for(int num=0;num<K;num++){
            int[] array=new int[N];
     
            for(int i=0;i<N;i++)
                array[i]=(int) (Math.random()*9999);
             
             
             
            sort(array,0,array.length-1);
             
        }
        Date end=new Date();
        long time=end.getTime()-begin.getTime();
        System.out.println("使用递归方式进行快速排序，对 " +N+ "个整数进行排序 " +K+ "次，用时：" +String.valueOf(time)+ "毫秒\n平均用时："+time/K+"毫秒");
    }
     
    private static void sort(int[] array,int begin,int end){
        int right=end,left=begin;
        while(right!=left){
            for(;right>left;right--){
                if(array[begin]>=array[right])
                    break;
            }
            for(;left<right;left++){
                if(array[begin]<array[left])
                    break;
            }
             
            if(left!=right){
                int tmp=array[left];
                array[left]=array[right];
                array[right]=tmp;
            }else if(right!=begin){
                int tmp=array[begin];
                array[begin]=array[left];
                array[left]=tmp;
            }
        }
         
        if(left-1>begin)
            sort(array,begin,left-1);
        if(right+1<end)
            sort(array,right+1,end);
    }
}

执行结果：

最后一段程序是使用数据结构栈来实现的非递归快速排序算法：

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package sort;
 
import java.util.Date;
import java.util.Stack;
 
/**
 * 使用栈而不是递归来实现快排
 * @author newflydd@189.cn
 * Time : 2016年1月8日 下午9:51:49
 */
public class QuickSort2 {
 
    public static void main(String[] args) {
        Date begin = new Date();
        Date end=null;
        int K=1000;
        int N=100000;
         
        for(int num=0;num<K;num++){
            int[] array=new int[N];
            for(int i=0;i<N;i++)
                array[i]=(int) (Math.random()*9999);
            Stack<Node> stack=new Stack<Node>();
            stack.add(new Node(0,N-1));
             
            while(!stack.isEmpty()){
                Node node=stack.pop();
                int right=node.end , left=node.begin;
                while(right!=left){
                    for(;right>left;right--)
                        if(array[node.begin]>=array[right])
                            break;
                    for(;left<right;left++)
                        if(array[node.begin]<array[left])
                            break;
                     
                    if(left!=right){
                        int tmp=array[left];
                        array[left]=array[right];
                        array[right]=tmp;
                    }else if(right!=node.begin){
                        int tmp=array[node.begin];
                        array[node.begin]=array[right];
                        array[right]=tmp;
                    }
                }
                 
                if(left-1>node.begin)
                    stack.push(new Node(node.begin,left-1));
                if(node.end>right+1)
                    stack.push(new Node(right+1,node.end));
            }
             
             
        }
        end=new Date();
        long time=end.getTime()-begin.getTime();
        System.out.println("使用数据结构栈进行快速排序，对 " +N+ "个整数进行排序 " +K+ "次，用时：" +String.valueOf(time)+ "毫秒\n平均用时："+time/K+"毫秒");
    }
}
 
class Node{
    public int begin;
    public int end;
    public Node(int begin,int end){
        this.begin=begin;
        this.end=end;
    }
}

执行结果：

综上所述，可以直观的看出来

  1. 复杂度为O(N^2)的冒泡排序速度相当慢，一次排序就要18秒，而复杂度为O(NlogN)的快速排序基本上20毫秒内就搞定，这就是算法的力量啊。

  2. 递归函数在这里并不会影响性能，直观，简洁的递归算法是相当实用的，除非动态规划算法一定要将递归转变成循环，否则大多数情况下并不需要改变递归方法，而非递归算法因为会引入其他数据结构，有可能导致程序还会稍稍有些额外开支。

本文来自：http://www.hexcode.cn/article/4090/show