Java数组操作工具 Java开发学习 Java数组操作工具

import java.util.Arrays; 
import java.util.List; 
import java.util.Map; 
import java.util.Random; 
import java.util.TreeMap; 
 
/** 
 * @desc 数组操作工具 
 * @author OuyangPeng 
 * @datatime 2013-5-11 10:31:02 
 * 
 */ 
public class MyArrayUtils { 
 
  /** 
   * 排序算法的分类如下： 1.插入排序（直接插入排序、折半插入排序、希尔排序）； 2.交换排序（冒泡泡排序、快速排序）； 
   * 3.选择排序（直接选择排序、堆排序）； 4.归并排序； 5.基数排序。 
   * 
   * 关于排序方法的选择： (1)若n较小(如n≤50)，可采用直接插入或直接选择排序。 
   * (2)若文件初始状态基本有序(指正序)，则应选用直接插人、冒泡或随机的快速排序为宜； 
   * (3)若n较大，则应采用时间复杂度为O(nlgn)的排序方法：快速排序、堆排序或归并排序。 
   * 
   */ 
 
  /** 
   * 交换数组中两元素 
   * 
   * @since 1.1 
   * @param ints 
   *      需要进行交换操作的数组 
   * @param x 
   *      数组中的位置1 
   * @param y 
   *      数组中的位置2 
   * @return 交换后的数组 
   */ 
  public static int[] swap(int[] ints, int x, int y) { 
    int temp = ints[x]; 
    ints[x] = ints[y]; 
    ints[y] = temp; 
    return ints; 
  } 
 
  /** 
   * 冒泡排序方法:相邻两元素进行比较 性能：比较次数O(n^2),n^2/2；交换次数O(n^2),n^2/4<br> 
   * 冒泡排序（Bubble Sort）是一种简单的排序算法。它重复地走访过要排序的数列，一次比较两个元素，<br> 
   * 如果他们的顺序错误就把他们交换过来。走访数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换，<br> 
   * 也就是说该数列已经排序完成。这个算法的名字由来是因为越小的元素会经由交换慢慢“浮”到数列的顶端。<br> 
    　　冒泡排序算法的运作如下:<br> 
     1. 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换他们两个。<br> 
     2. 对每一对相邻元素作同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对。在这一点，最后的元素应该会是最大的数。<br> 
     3. 针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个。<br> 
     4. 持续每次对越来越少的元素重复上面的步骤，直到没有任何一对数字需要比较。<br> 
   * @since 1.1 
   * @param source 
   *      需要进行排序操作的数组 
   * @return 排序后的数组 
   */ 
  public static int[] bubbleSort(int[] source) { 
    /*for (int i = 0; i < source.length - 1; i++) { // 最多做n-1趟排序 
      for (int j = 0; j < source.length - i - 1; j++) { // 对当前无序区间score[0......length-i-1]进行排序(j的范围很关键，这个范围是在逐步缩小的) 
        if (source[j] > source[j + 1]) { // 把大的值交换到后面 
          swap(source, j, j + 1); 
        } 
      } 
    }*/ 
    for (int i = source.length - 1; i>0 ; i--) {  
      for (int j = 0; j < i; j++) {  
        if (source[j] > source[j + 1]) {  
          swap(source, j, j + 1); 
        } 
      } 
    } 
    return source; 
  } 
 
  /** 
   * 选择排序法 方法：选择排序(Selection sort)是一种简单直观的排序算法，其平均时间复杂度为O(n2)。 
   *   它的工作原理如下。首先在未排序序列中找到最小元素，存放到排序序列的起始位置，然后， 
   *   再从剩余未排序元素中继续寻找最小元素，然后放到排序序列末尾。以此类推，直到所有元素均排序完毕。 
   * 性能：选择排序的交换操作介于0和(n-1)次之间， 选择排序的比较操作为n(n-1)/2次之间， 
   *    选择排序的赋值操作介于0和3(n-1)次之间，其平均时间复杂度为O(n2) 
   * 交换次数比冒泡排序少多了，由于交换所需CPU时间比比较所需的CUP时间多，所以选择排序比冒泡排序快。 
   * 但是N比较大时，比较所需的CPU时间占主要地位，所以这时的性能和冒泡排序差不太多，但毫无疑问肯定要快些。 
   * 
   * @since 1.1 
   * @param source 
   *      需要进行排序操作的数组 
   * @return 排序后的数组 
   */ 
  public static int[] selectSort(int[] source) { 
    for (int i = 0; i < source.length; i++) { 
      for (int j = i + 1; j < source.length; j++) { 
        if (source[i] > source[j]) { 
          swap(source, i, j); 
        } 
      } 
    } 
    return source; 
  } 
 
  /** 
   * 插入排序 方法：将一个记录插入到已排好序的有序表（有可能是空表）中,从而得到一个新的记录数增1的有序表。 性能：比较次数O(n^2),n^2/4 
   * 复制次数O(n),n^2/4 比较次数是前两者的一般，而复制所需的CPU时间较交换少，所以性能上比冒泡排序提高一倍多，而比选择排序也要快。 
   * 
   * @since 1.1 
   * @param source 
   *      需要进行排序操作的数组 
   * @return 排序后的数组 
   */ 
  public static int[] insertSort(int[] source) { 
 
    for (int i = 1; i < source.length; i++) { 
      for (int j = i; (j > 0) && (source[j] < source[j - 1]); j--) { 
        swap(source, j, j - 1); 
      } 
    } 
    return source; 
  } 
 
  /** 
   * 快速排序 快速排序使用分治法（Divide and conquer）策略来把一个序列（list）分为两个子序列（sub-lists）。 步骤为： 
   * 1. 从数列中挑出一个元素，称为 "基准"（pivot）， 2. 
   * 重新排序数列，所有元素比基准值小的摆放在基准前面，所有元素比基准值大的摆在基准的后面 
   * （相同的数可以到任一边）。在这个分割之后，该基准是它的最后位置。这个称为分割（partition）操作。 3. 
   * 递归地（recursive）把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序。 
   * 递回的最底部情形，是数列的大小是零或一，也就是永远都已经被排序好了 
   * 。虽然一直递回下去，但是这个算法总会结束，因为在每次的迭代（iteration）中，它至少会把一个元素摆到它最后的位置去。 
   * 
   * @since 1.1 
   * @param source 
   *      需要进行排序操作的数组 
   * @return 排序后的数组 
   */ 
  public static int[] quickSort(int[] source) { 
    return qsort(source, 0, source.length - 1); 
  } 
 
  /** 
   * 快速排序的具体实现，排正序 
   * 
   * @since 1.1 
   * @param source 
   *      需要进行排序操作的数组 
   * @param low 
   *      开始低位 
   * @param high 
   *      结束高位 
   * @return 排序后的数组 
   */ 
  private static int[] qsort(int source[], int low, int high) { 
    int i, j, x; 
    if (low < high) { 
      i = low; 
      j = high; 
      x = source[i]; 
      while (i < j) { 
        while (i < j && source[j] > x) { 
          j--; 
        } 
        if (i < j) { 
          source[i] = source[j]; 
          i++; 
        } 
        while (i < j && source[i] < x) { 
          i++; 
        } 
        if (i < j) { 
          source[j] = source[i]; 
          j--; 
        } 
      } 
      source[i] = x; 
      qsort(source, low, i - 1); 
      qsort(source, i + 1, high); 
    } 
    return source; 
  } 
 
  // ///////////////////////////////////////////// 
  // 排序算法结束 
  // //////////////////////////////////////////// 
  /** 
   * 二分法查找 查找线性表必须是有序列表 
   * 
   * @since 1.1 
   * @param source 
   *      需要进行查找操作的数组 
   * @return 需要查找的值在数组中的位置，若未查到则返回-1 
   */ 
  public static int[] binarySearch(int[] source) { 
    int i,j; 
    int low, high, mid; 
    int temp; 
    for (i = 0; i < source.length; i++) { 
      temp=source[i]; 
      low=0; 
      high=i-1; 
      while (low <= high) { 
        mid = (low + high)/2; 
        if (source[mid]>temp) { 
          high=mid-1; 
        } else { 
          low = mid + 1; 
        } 
      } 
      for (j= i-1; j>high;j--)  
        source[j+1]=source[j]; 
      source[high+1]=temp; 
    } 
    return source; 
  } 
 
  /** 
   * 反转数组 
   * 
   * @since 1.1 
   * @param source 
   *      需要进行反转操作的数组 
   * @return 反转后的数组 
   */ 
  public static int[] reverse(int[] source) { 
    int length = source.length; 
    int temp = 0; 
    for (int i = 0; i < length >> 1; i++) { 
      temp = source[i]; 
      source[i] = source[length - 1 - i]; 
      source[length - 1 - i] = temp; 
    } 
    return source; 
  } 
 
  /** 
   * 在当前位置插入一个元素,数组中原有元素向后移动; 如果插入位置超出原数组，则抛IllegalArgumentException异常 
   * 
   * @param array 
   * @param index 
   * @param insertNumber 
   * @return 
   */ 
  public static int[] insert(int[] array, int index, int insertNumber) { 
    if (array == null || array.length == 0) { 
      throw new IllegalArgumentException(); 
    } 
    if (index - 1 > array.length || index <= 0) { 
      throw new IllegalArgumentException(); 
    } 
    int[] dest = new int[array.length + 1]; 
    System.arraycopy(array, 0, dest, 0, index - 1); 
    dest[index - 1] = insertNumber; 
    System.arraycopy(array, index - 1, dest, index, dest.length - index); 
    return dest; 
  } 
 
  /** 
   * 整形数组中特定位置删除掉一个元素,数组中原有元素向前移动; 如果插入位置超出原数组，则抛IllegalArgumentException异常 
   * 
   * @param array 
   * @param index 
   * @return 
   */ 
  public static int[] remove(int[] array, int index) { 
    if (array == null || array.length == 0) { 
      throw new IllegalArgumentException(); 
    } 
    if (index > array.length || index <= 0) { 
      throw new IllegalArgumentException(); 
    } 
    int[] dest = new int[array.length - 1]; 
    System.arraycopy(array, 0, dest, 0, index - 1); 
    System.arraycopy(array, index, dest, index - 1, array.length - index); 
    return dest; 
  } 
 
  /** 
   * 2个数组合并，形成一个新的数组 
   * 
   * @param array1 
   * @param array2 
   * @return 
   */ 
  public static int[] merge(int[] array1, int[] array2) { 
    int[] dest = new int[array1.length + array2.length]; 
    System.arraycopy(array1, 0, dest, 0, array1.length); 
    System.arraycopy(array2, 0, dest, array1.length, array2.length); 
    return dest; 
  } 
 
  /** 
   * 数组中有n个数据，要将它们顺序循环向后移动k位， 即前面的元素向后移动k位，后面的元素则循环向前移k位， 
   * 例如，0、1、2、3、4循环移动3位后为2、3、4、0、1。 
   * 
   * @param array 
   * @param offset 
   * @return 
   */ 
  public static int[] offsetArray(int[] array, int offset) { 
    int length = array.length; 
    int moveLength = length - offset; 
    int[] temp = Arrays.copyOfRange(array, moveLength, length); 
    System.arraycopy(array, 0, array, offset, moveLength); 
    System.arraycopy(temp, 0, array, 0, offset); 
    return array; 
  } 
 
  /** 
   * 随机打乱一个数组 
   * 
   * @param list 
   * @return 
   */ 
  public static List shuffle(List list) { 
    java.util.Collections.shuffle(list); 
    return list; 
  } 
 
  /** 
   * 随机打乱一个数组 
   * 
   * @param array 
   * @return 
   */ 
  public int[] shuffle(int[] array) { 
    Random random = new Random(); 
    for (int index = array.length - 1; index >= 0; index--) { 
      // 从0到index处之间随机取一个值，跟index处的元素交换 
      exchange(array, random.nextInt(index + 1), index); 
    } 
    return array; 
  } 
 
  // 交换位置 
  private void exchange(int[] array, int p1, int p2) { 
    int temp = array[p1]; 
    array[p1] = array[p2]; 
    array[p2] = temp; 
  } 
 
  /** 
   * 对两个有序数组进行合并,并将重复的数字将其去掉 
   * 
   * @param a 
   *      ：已排好序的数组a 
   * @param b 
   *      ：已排好序的数组b 
   * @return 合并后的排序数组 
   */ 
  private static List<Integer> mergeByList(int[] a, int[] b) { 
    // 用于返回的新数组，长度可能不为a,b数组之和，因为可能有重复的数字需要去掉 
    List<Integer> c = new ArrayList<Integer>(); 
    // a数组下标 
    int aIndex = 0; 
    // b数组下标 
    int bIndex = 0; 
    // 对a、b两数组的值进行比较，并将小的值加到c，并将该数组下标+1， 
    // 如果相等，则将其任意一个加到c，两数组下标均+1 
    // 如果下标超出该数组长度，则退出循环 
    while (true) { 
      if (aIndex > a.length - 1 || bIndex > b.length - 1) { 
        break; 
      } 
      if (a[aIndex] < b[bIndex]) { 
        c.add(a[aIndex]); 
        aIndex++; 
      } else if (a[aIndex] > b[bIndex]) { 
        c.add(b[bIndex]); 
        bIndex++; 
      } else { 
        c.add(a[aIndex]); 
        aIndex++; 
        bIndex++; 
      } 
    } 
    // 将没有超出数组下标的数组其余全部加到数组c中 
    // 如果a数组还有数字没有处理 
    if (aIndex <= a.length - 1) { 
      for (int i = aIndex; i <= a.length - 1; i++) { 
        c.add(a[i]); 
      } 
      // 如果b数组中还有数字没有处理 
    } else if (bIndex <= b.length - 1) { 
      for (int i = bIndex; i <= b.length - 1; i++) { 
        c.add(b[i]); 
      } 
    } 
    return c; 
  } 
 
  /** 
   * 对两个有序数组进行合并,并将重复的数字将其去掉 
   * 
   * @param a 
   *      :已排好序的数组a 
   * @param b 
   *      :已排好序的数组b 
   * @return合并后的排序数组,返回数组的长度=a.length + b.length,不足部分补0 
   */ 
  private static int[] mergeByArray(int[] a, int[] b) { 
    int[] c = new int[a.length + b.length]; 
 
    int i = 0, j = 0, k = 0; 
 
    while (i < a.length && j < b.length) { 
      if (a[i] <= b[j]) { 
        if (a[i] == b[j]) { 
          j++; 
        } else { 
          c[k] = a[i]; 
          i++; 
          k++; 
        } 
      } else { 
        c[k] = b[j]; 
        j++; 
        k++; 
      } 
    } 
    while (i < a.length) { 
      c[k] = a[i]; 
      k++; 
      i++; 
    } 
    while (j < b.length) { 
      c[k] = b[j]; 
      j++; 
      k++; 
    } 
    return c; 
  } 
 
  /** 
   * 对两个有序数组进行合并,并将重复的数字将其去掉 
   * 
   * @param a 
   *      ：可以是没有排序的数组 
   * @param b 
   *      ：可以是没有排序的数组 
   * @return合并后的排序数组 打印时可以这样： Map<Integer,Integer> map=sortByTreeMap(a,b); 
   *         Iterator iterator = map.entrySet().iterator(); while 
   *         (iterator.hasNext()) { Map.Entry mapentry = 
   *         (Map.Entry)iterator.next(); 
   *         System.out.print(mapentry.getValue()+" "); } 
   */ 
  private static Map<Integer, Integer> mergeByTreeMap(int[] a, int[] b) { 
    Map<Integer, Integer> map = new TreeMap<Integer, Integer>(); 
    for (int i = 0; i < a.length; i++) { 
      map.put(a[i], a[i]); 
    } 
    for (int i = 0; i < b.length; i++) { 
      map.put(b[i], b[i]); 
    } 
    return map; 
  } 
 
  /** 
   * 在控制台打印数组，之间用逗号隔开,调试时用 
   * 
   * @param array 
   */ 
  public static String print(int[] array) { 
    StringBuffer sb = new StringBuffer(); 
    for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
      sb.append("," + array[i]); 
    } 
    System.out.println("\n"+sb.toString().substring(1)); 
    return sb.toString().substring(1); 
  } 
}