实时插入排序算法

时间  2020-08-04
标签 实时 插入 排序算法 繁體版
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背景

在正常的工做中，咱们常常遇到从消息队列中接收一天的数据量，并对其进行排序的场景。那么，咱们一般会想到最经典的十大经典排序算法。确实，这些算法均可以知足咱们的场景须要，，但若是咱们要求接收消息过程当中，实时进行排序呢？这些算法显然都不能知足需求，它们都是在接收到全部数据后，再统一排序。因此，今天，咱们动手本身遍写一个实时插入排序算法！html

理论

参考插入排序算法，咱们将接收到的数据存放在一个链表结构当中，每接收一个新数据，就让它与已存在的数据逐个比较，找到须要插入的位置下一个节点，执行新节点插入操做！java

图例

代码实现

1. 比较器

由于要进行排序，因此咱们须要先创建一个比较器接口，来保证用户自定义比较方法。node

package cn.wxson.sort.comparator;

import cn.wxson.sort.node.AbstractNode;
import com.sun.istack.internal.NotNull;

/**
 * Title 比较器
 *
 * @author Ason(18078490)
 * @date 2020-08-03
 */
@FunctionalInterface
public interface AbstractComparator<T> {

    /**
     * 比较方法
     *
     * @param one 数据节点一
     * @param two 数据节点二
     * @return 比较结果
     */
    boolean compare(@NotNull AbstractNode<T> one, @NotNull AbstractNode<T> two);
}

2. 节点

2.1 节点抽象类

建立节点抽象类，存放数据，并利用比较器实现比较逻辑。算法

package cn.wxson.sort.node;

import cn.wxson.sort.comparator.AbstractComparator;
import lombok.Getter;
import lombok.Setter;

/**
 * Title 节点
 *
 * @author Ason(18078490)
 * @date 2020-08-03
 */
@Setter
@Getter
public abstract class AbstractNode<T> {

    /**
     * 前一个节点
     */
    private AbstractNode<T> pre;
    /**
     * 后一个节点
     */
    private AbstractNode<T> next;
    /**
     * 节点内存储的实际数据
     */
    protected T t;

    /**
     * 无参构造
     */
    public AbstractNode() {
        super();
    }

    /**
     * 带参构造
     *
     * @param t 数据对象
     */
    public AbstractNode(T t) {
        this.t = t;
    }

    /**
     * 获取数据比较器
     *
     * @return 比较器对象
     */
    protected abstract AbstractComparator<T> comparator();

    /**
     * 数据比较
     *
     * @param data 数据节点
     */
    public AbstractNode<T> compareTo(AbstractNode<T> data) {
        return this.comparator().compare(this, data) ? this : this.next.compareTo(data);
    }
}

2.2 虚拟头节点

头节点是一个虚拟节点，只作传递给下个节点操做，自身实现比较器，数据比较时永远排在第一位。json

package cn.wxson.sort.node;

import cn.wxson.sort.comparator.AbstractComparator;

/**
 * Title   虚拟头节点
 * 只作传递给下个节点操做，数据比较永远排在第一位
 *
 * @author Ason(18078490)
 * @date 2020-08-03
 */
public final class DummyHeadNode<T> extends AbstractNode<T> implements AbstractComparator<T> {

    /**
     * 获取数据比较器
     *
     * @return 比较器对象
     */
    @Override
    protected AbstractComparator<T> comparator() {
        return this;
    }

    /**
     * 比较方法
     * 头节点永远排在第一位
     *
     * @param one 节点一
     * @param two 节点二
     * @return 比较结果
     */
    @Override
    public boolean compare(AbstractNode<T> one, AbstractNode<T> two) {
        return false;
    }
}

2.3 虚拟尾节点

尾节点也是一个虚拟节点，不须要作任务传递操做，自身实现比较器，排序时永远排在链表最后一位。数据结构

package cn.wxson.sort.node;

import cn.wxson.sort.comparator.AbstractComparator;

/**
 * Title 虚拟尾节点
 * 由于是最后一个节点，因此，不须要作任务传递操做，永远排在链表最后一位
 *
 * @author Ason(18078490)
 * @date 2020-08-03
 */
public final class DummyTailNode<T> extends AbstractNode<T> implements AbstractComparator<T> {

    /**
     * 获取数据比较器
     *
     * @return 比较器对象
     */
    @Override
    protected AbstractComparator<T> comparator() {
        return this;
    }

    /**
     * 比较方法
     * 尾节点永远排在最后一位
     *
     * @param one 节点一
     * @param two 节点二
     * @return 比较结果
     */
    @Override
    public boolean compare(AbstractNode<T> one, AbstractNode<T> two) {
        return true;
    }
}

2.4 普通节点

普通节点将接收用户自定义比较器进行数据比较。app

package cn.wxson.sort.node;

import cn.wxson.sort.comparator.AbstractComparator;

/**
 * Title 普通节点
 *
 * @author Ason(18078490)
 * @date 2020-08-03
 */
public class CommonNode<T> extends AbstractNode<T> {

    /**
     * 比较器
     * 是普通节点必须的比较工具
     */
    private AbstractComparator<T> comparator;

    /**
     * 带参构造
     *
     * @param data 数据
     */
    public CommonNode(T data) {
        super(data);
    }

    /**
     * 注册比较器
     *
     * @param comparator 比较器
     */
    public void register(AbstractComparator<T> comparator) {
        this.comparator = comparator;
    }

    /**
     * 获取数据比较器
     *
     * @return 比较器对象
     */
    @Override
    protected AbstractComparator<T> comparator() {
        return this.comparator;
    }
}

3. 链表

3.1 链表结构抽象类

链表结构抽象类中存在虚拟头节点和虚拟尾节点，并实现链表全部遍历功能。ide

package cn.wxson.sort.biz;

import cn.wxson.sort.node.AbstractNode;
import cn.wxson.sort.node.DummyHeadNode;
import cn.wxson.sort.node.DummyTailNode;
import com.google.common.collect.Lists;

import java.util.List;

/**
 * Title 链表结构抽象类
 * 作初始化链表、表元素遍历等操做
 *
 * @author Ason(18078490)
 * @date 2020-08-03
 */
public class AbstractLinkedList<T> {

    /**
     * 虚拟头节点
     */
    protected final AbstractNode<T> dummyHeadNode;
    /**
     * 虚拟尾节点
     */
    protected final AbstractNode<T> dummyTailNode;

    /**
     * 无参构造
     * 初始化链表的头尾虚拟节点
     */
    public AbstractLinkedList() {
        // 建立虚拟头节点、虚拟尾节点，并将它们关联起来
        this.dummyHeadNode = new DummyHeadNode<>();
        this.dummyTailNode = new DummyTailNode<>();
        this.dummyHeadNode.setNext(this.dummyTailNode);
        this.dummyTailNode.setPre(this.dummyHeadNode);
    }

    /**
     * 除虚拟头节点、虚拟尾节点外，是否包含其余节点
     *
     * @return 断定结果
     */
    public boolean hasNext() {
        return this.dummyHeadNode.getNext() != this.dummyTailNode;
    }

    /**
     * 获取链表元素
     *
     * @return 元素集合
     */
    public List<T> list() {
        List<T> result = Lists.newLinkedList();
        AbstractNode<T> pos = this.dummyHeadNode.getNext();
        while (pos != this.dummyTailNode) {
            result.add(pos.getT());
            pos = pos.getNext();
        }
        return result;
    }

    /**
     * toString方法
     *
     * @return 字符串
     */
    @Override
    public String toString() {
        // 不存在元素时，返回空集合
        if (!hasNext()) {
            return "[]";
        }
        // 存在元素时，逐个打印
        StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
        AbstractNode<T> pos = this.dummyHeadNode.getNext();
        while (pos != this.dummyTailNode) {
            sb.append(pos.getT().toString()).append(",");
            pos = pos.getNext();
        }
        String result = sb.substring(0, sb.lastIndexOf(","));
        return result + "]";
    }
}

3.2 链表结构类

链表结构类中，在新增元素时，注册比较器，进行比较后，实现实时插入操做。工具

package cn.wxson.sort.biz;

import cn.wxson.sort.comparator.AbstractComparator;
import cn.wxson.sort.node.AbstractNode;
import cn.wxson.sort.node.CommonNode;

/**
 * Title 链表结构类
 * 功能：从头结点向后进行比较
 *
 * @author Ason(18078490)
 * @date 2020-08-03
 */
public class LinkedList<T> extends AbstractLinkedList<T> {

    /**
     * 比较器
     */
    private final AbstractComparator<T> comparator;

    /**
     * 带参构造
     *
     * @param comparator 比较器
     */
    public LinkedList(AbstractComparator<T> comparator) {
        // 初始化链表
        super();
        // 注入比较器
        this.comparator = comparator;
    }

    /**
     * 新增元素
     *
     * @param data 数据
     */
    public void add(T data) {
        // 建立新节点，并注册比较器
        CommonNode<T> newNode = new CommonNode<>(data);
        newNode.register(this.comparator);
        // 从头节点开始，找到新节点应该插入的位置的下一个节点
        AbstractNode<T> next = dummyHeadNode.compareTo(newNode);
        // 将新节点插入链表
        AbstractNode<T> pre = next.getPre();
        newNode.setPre(pre);
        newNode.setNext(next);
        pre.setNext(newNode);
        next.setPre(newNode);
    }
}

4. 测试

咱们新建几个用户类，来根据用户年龄进行实时排序测试。学习

4.1 用户类

package cn.wxson.sort.test;

import com.alibaba.fastjson.JSON;
import lombok.Builder;
import lombok.Getter;
import lombok.Setter;

/**
 * Title 用户类
 *
 * @author Ason(18078490)
 * @date 2020-08-03
 */
@Getter
@Setter
@Builder
public class User {

    private String name;
    private int age;

    @Override
    public String toString() {
        return JSON.toJSONString(this);
    }
}

4.2 测试类

package cn.wxson.sort.test;

import cn.wxson.sort.biz.LinkedList;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

/**
 * Title 测试类
 *
 * @author Ason(18078490)
 * @date 2020-08-03
 */
@Slf4j
public class Domain {

    public static void main(String[] arg) {
        // 建立三个用户
        User tom = User.builder().name("Tom").age(20).build();
        User kate = User.builder().name("kate").age(18).build();
        User jerry = User.builder().name("Jerry").age(22).build();
        // 建立链表，放入按照用户年龄升序排列的比较器
        LinkedList<User> linkedList = new LinkedList<>((one, two) -> one.getT().getAge() >= two.getT().getAge());
        log.info("链表初始化：{}", linkedList.toString());
        linkedList.add(tom);
        log.info("接收到第一个用户：Tom，{}", linkedList.toString());
        linkedList.add(kate);
        log.info("接收到第一个用户：Kate，{}", linkedList.toString());
        linkedList.add(jerry);
        log.info("接收到第一个用户：Jerry，{}", linkedList.toString());
    }
}

执行以上测试样例，咱们来看下每次插入新数据后，链表结构：

执行结果

经过上面结果，咱们能够看到，实时插入效果已经实现！

总结

本篇文章经过链表结构实现了实时插入排序的功能，它的时间复杂度为O(n)，排序执行时间，随着数据量递增。

这篇文章数据结构与我以前的一篇博文（基于队列模型编写一个入岗检查站）是相通的，学习后，但愿对你有帮助！

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