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Java之美[从菜鸟到高手演练]之Arrays类及其方法分析

时间:2015-01-16 20:56:39      阅读:156      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:java   arrays   sort   

作者:二青

个人站点:zhangerqing.cn    邮箱:xtfggef@gmail.com    微博:http://weibo.com/xtfggef

本章主要介绍一下 java.util.Arrays类的重点方法,包括怎么使用及实现原理。这是一个算法类,主要是辅助数组类实现一些排序、搜索等功能,同时也支持数组到List的转换。本章系Java之美[从菜鸟到高手演练]系列之Arrays类及其方法分析,如果有任何问题,欢迎通过上面任何一种方式与我联系!

排序

本文使用JDK1.8.0_25进行测试,请朋友们注意版本区别,因为不同的JDK实现是略有区别的。Arrays.sort()方法,对于基本数据类型采用DualPivotQuicksort(多路快排)进行排序,对于引用类型的数组,采用MergeSort(归并排序)进行排序,下面我们分别来讲一下这两类排序算法。

对基本类型数组的排序

Java中的八种基本数据类型,除了boolean,其它七种都是可以且有需求进行排序的,如果一个数组是单一的基础类型,形如int[] data, long data[]都可以直接使用Arrays.sort()进行排序。对于所有可排序的基本类型,都是采用DualPivotQuicksort来进行排序的。首先来看个例子:

package com.adam.java.algo.arrays;

import java.util.Arrays;
import org.junit.Test;

public class ArraysBasicTest {

	@Test
	public void testSortInteger() {
		int data[] = { 10, 8, 9, 1, 2, 5, 98, 3, 7, 66 };
		Arrays.sort(data);
		for (int i : data) {
			System.out.print(i + " ");
		}
	}

	@Test
	public void testSortChar() {
		char data[] = { ‘D‘, ‘B‘, ‘E‘, ‘C‘, ‘H‘, ‘A‘, ‘Y‘, ‘G‘, ‘I‘, ‘O‘ };
		Arrays.sort(data);
		for (char i : data) {
			System.out.print(i + " ");
		}
	}
}

输出:

1 2 3 5 7 8 9 10 66 98 

A B C D E G H I O Y 

这里我们要看一下Arrays.sort()采用的算法了,我们查看下JDK源码。

/**
     * Sorts the specified array into ascending numerical order.
     *
     * <p>Implementation note: The sorting algorithm is a Dual-Pivot Quicksort
     * by Vladimir Yaroslavskiy, Jon Bentley, and Joshua Bloch. This algorithm
     * offers O(n log(n)) performance on many data sets that cause other
     * quicksorts to degrade to quadratic performance, and is typically
     * faster than traditional (one-pivot) Quicksort implementations.
     *
     * @param a the array to be sorted
     */
    public static void sort(int[] a) {
        DualPivotQuicksort.sort(a, 0, a.length - 1, null, 0, 0);
    }

发现所有的基本排序都是直接使用DualPivotQuicksort.sort()进行的,因此,我们有必要了解一下DualPivotQuicksort的原理。基本思想就是:

元素个数从1-47,则直接使用插入排序进行排序。

元素个数从47-286,则使用多路快速排序。

元素个数大于286,则使用归并排序

这里我们研究下多路快排的原理,首先我们回顾一下经典快排是怎么实现的。


经典快排实现思路

1. 找一个中轴,一般情况选取数组的第一个元素。

2. 定义两个指针,分别指向最左边和最右边,从右边开始遍历,如果大于中轴,则右边指针左移一位,如果小于中轴,则互换位置;同理再从左边开始和中轴比较,如果小于中轴,指针向右移动,如果大于中轴,则互换位置。

3. 一趟排序下来,中轴左边的都小于中轴,右边的都大于中轴。

4.递归的对子数组进行如上操作,不稳定,时间复杂度最优情况O(nlogn),最坏情况为基本有序时为O(n2)。关于快排的详细说明,请参考另一篇博文


多路快排实现思路:

1. 选取两个中轴P1, P2。

2. 假设P1<P2,否则交换。

3. 过程中原数组会分为四个部分:小于中轴1,大于中轴2,介于两个中轴之间,未排序部分(刚开始除了两个中轴,其它元素都属于这部分)。

4. 开始后,从未排序部分选取一个数,和两个中轴作比较,然后放到合适的位置,一直到未排序部分无数据,结束一趟排序。

5. 递归地处理子数组,稳定排序,时间复杂度稳定为O(nlogn)。


对引用类型的数组排序

我们举个例子,对User类型的数组,根据年龄进行排序,此处用到Comparator接口,更多关于Comparator的介绍,请点击

新建一个User类:

package com.adam.java.algo.arrays;

public class User {
	private String name;
	private String gender;
	private int age;

	public User(String name, String gender, int age) {
		this.name = name;
		this.gender = gender;
		this.age = age;
	}

	/**
	 * @return the name
	 */
	public String getName() {
		return name;
	}

	/**
	 * @param name
	 *            the name to set
	 */
	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}

	/**
	 * @return the gender
	 */
	public String getGender() {
		return gender;
	}

	/**
	 * @param gender
	 *            the gender to set
	 */
	public void setGender(String gender) {
		this.gender = gender;
	}

	/**
	 * @return the age
	 */
	public int getAge() {
		return age;
	}

	/**
	 * @param age
	 *            the age to set
	 */
	public void setAge(int age) {
		this.age = age;
	}

}

再建一个排序类:

package com.adam.java.algo.arrays;

import java.util.Comparator;

public class UserComparator implements Comparator<User> {

	@Override
	public int compare(User o1, User o2) {
		return o1.getAge() - o2.getAge();
	}

}

测试:

package com.adam.java.algo.arrays;

import java.util.Arrays;

public class ArraysTest {

	public static void main(String[] args) {
		User[] users = new User[]{new User("egg", "male", 26), new User("Kity", "Female", 25), new User("Pole", "male", 23), new User("Jack", "male", 28)};
		
		Arrays.sort(users, new UserComparator());
		
		for (User user : users) {
			System.out.println("name: " + user.getName() + " ,age: "+user.getAge());
		}
	}

}

输出:

name: Pole ,age: 23
name: Kity ,age: 25
name: egg ,age: 26
name: Jack ,age: 28

这就是一个简单的对引用类型的数组排序的例子,在JDK1.8中,对引用类型的排序,采用的归并排序的算法。

在JDK1.8中,对于排序方法,还引入了parallelSort(),每个sort()都有对应的并行排序方法,当数组元素个数大于2的13次(8196)后采用parallelSort()。

搜索

在用二分搜索对一个已经有序的数组进行查找,如果存在,返回key在该数组中的位置,如果不存在,返回负数,值为:-插入点-1,举个例子:

假设一个排好序的数组是:1,6,8,10,12,如果key为7,则返回值为-3,因为7应该插入到6,8之间,所以插入点为2(下标从0开始),所以返回值为-2-1=-3。

ArrayToList

这方面,是将一个数组,转换成一个list形式,注意:并不是直接将该数组中的所有元素转成新的list的所有元素,而是将整个数组,转成list的一个元素。
/**
     * Returns a fixed-size list backed by the specified array.  (Changes to
     * the returned list "write through" to the array.)  This method acts
     * as bridge between array-based and collection-based APIs, in
     * combination with {@link Collection#toArray}.  The returned list is
     * serializable and implements {@link RandomAccess}.
     *
     * <p>This method also provides a convenient way to create a fixed-size
     * list initialized to contain several elements:
     * <pre>
     *     List<String> stooges = Arrays.asList("Larry", "Moe", "Curly");
     * </pre>
     *
     * @param <T> the class of the objects in the array
     * @param a the array by which the list will be backed
     * @return a list view of the specified array
     */
    @SafeVarargs
    @SuppressWarnings("varargs")
    public static <T> List<T> asList(T... a) {
        return new ArrayList<>(a);
    }

根据注释得知,返回的新list是个定长的list,我们其实已经知道,它的长度就是1,而且并不可以就行添加或者删除元素,否则报:java.lang.UnsupportedOperationException异常。这是为什么?因为此处的ArrayList并非我们常用的java.util.ArrayList类,而是Arrays类的一个内部类,因为继承了AbstractList,所有可以和list相互转换,但是不具备add和remove等操作。

CopyOf

Arrays.copyOf()用来进行数组的复制,返回一个全新的数组,可以传入一个参数来定义新数组的大小,如果传入的数小于原来的数组长度,则直接把原数组多余的部分剪掉,如果传入的值大于原数组,则新数组多余的部分补默认值(对于int类型的,补0)。

对于java.util.Arrays类,暂时就介绍到这儿,有感兴趣的读者可以多读读JDK的源码,有任何问题,欢迎与我联系:
个人站点:zhangerqing.cn    邮箱:xtfggef@gmail.com    微博:http://weibo.com/xtfggef

Java之美[从菜鸟到高手演练]之Arrays类及其方法分析

标签:java   arrays   sort   

原文地址:http://blog.csdn.net/zhangerqing/article/details/42750027

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