《编程珠玑》第一章：开篇——排序

时间  2019-12-06
标签 编程珠玑 第一章 开篇 排序 栏目 快乐工作 繁體版
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最近，在看一本名为《编程珠玑》的书，提升本身编写代码的能力和思路。里面描述的都是用c或c++来写，本身决定用java来实现里面提到的一些思路。 这一章，讲述如何在容量限制的范围下，对数据量庞大，不会出现重复的随机数据（整数）进行排序。如，用1MB的内存处理7位的整数。java

问题一：如何快速排序？ 方法一：将整数一次读入，进行屡次归并排序。方法二：将整数分屡次读入，多趟排序。方法三：也就是今天要讲的重点，位图或位向量集合排序。 先讲讲思路，用一个20位长的字符串表示一个全部元素都小于20的简单的非负整数集合。例如，能够用以下字符串来表示集合{1,2,3,5,8,13}： 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 表明集合中数值的位都置为1，其余的全部的位都置为0； 所以，每一个7位的十进制整数表示一个小于1000万的整数。c++

问题二：如何生成在n范围内不重复的k个随机数 思路，交换位置。先在r[0...n]中置为各个值，值为其下标值：a[i] = i 。而后在范围(1,n)随机产生一个正整数random，交换值r[1]与r[random]；再在范围(2,n)随机产生另外一个正整数random,交换r[2]与r[random]....以此类推，一直循环k次。最后输出前k项就是符合要求的随机数。代码以下：编程

<!--lang: java-->
package ckj.chapter1;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.List;
import java.util.Random;

public class RandomNumber {

public static final int ARRAY_LENGTH = 3000000;
private int size;
private List<Integer> arrayList;

@SuppressWarnings("unchecked")
RandomNumber() {
	arrayList = new ArrayList<Integer>();
	for (int i = 1; i <= ARRAY_LENGTH; i++) {
		arrayList.add(i);
	}
}

public RandomNumber(int size){
	this();
	this.size = size;
}

public List<Integer> generateRandNum() {
	Random r = new Random();
	for (int i = 0; i < size; i++) {
		//System.out.println(Math.abs(r.nextInt(ARRAY_LENGTH)));
		int itemp = arrayList.get(i);
		int rtemp = Math.abs(r.nextInt(ARRAY_LENGTH-i)+i);
		//System.out.println("No. " + i + " random Number ---- > " + rtemp);
		arrayList.set(i, arrayList.get(rtemp));
		arrayList.set(rtemp, itemp);
	}
	arrayList = arrayList.subList(0, size);
	return arrayList;
}

public static void print(Collection<Integer> array){
	//System.out.println();
	System.out.println(array);
}

public void writeFile(String fileName){
	try {
		FileOutputStream fos = new FileOutputStream(fileName);
		OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos);
		BufferedWriter bw = new BufferedWriter(osw);
		String buf = arrayList.toString();
		String tempbuf = buf.substring(1, buf.length()-1);
		bw.write(tempbuf);
		bw.flush();
		bw.close();
		osw.close();
	} catch (FileNotFoundException e) {
		// TODO Auto-generated catch block
		e.printStackTrace();
	} catch (IOException e) {
		// TODO Auto-generated catch block
		e.printStackTrace();
	}
	
}

public static void main(String[] args) {
	// TODO Auto-generated method stub
	int size = 50;
	RandomNumber rand = new RandomNumber(size);
	RandomNumber.print(rand.generateRandNum());
	rand.writeFile("random.txt");
}

}

下面，我分别用系统内部ArrayList提供的sort方法，TreeSet的排序集合 和 位排序 这三种方法比较。数组

首先，定义一个抽象类，名为sort，用来记录排序时间和从文件读入随机数。dom

<!-- lang: java -->
package ckj.chapter1;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.List;

public abstract class Sort {
public String sortName;
public List<Integer> testArray;

public Sort() {
	this.testArray = readFromFile("random.txt");
	//RandomNumber.print(testArray);
	// System.out.println(testArray.size());
}

private List<Integer> readFromFile(String fileName) {
	List<Integer> tempList = new ArrayList<Integer>();
	try {
		FileInputStream fis = new FileInputStream(fileName);
		InputStreamReader isr = new InputStreamReader(fis);
		BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
		String s;
		while ((s = br.readLine()) != null) {
			String temp = s;
			String[] arrayString = temp.split(", ");
			//System.out.println("SORT---->"+arrayString.length);
			for (int i = 0; i < arrayString.length; i++) {
				Integer in = new Integer(arrayString[i]);
				tempList.add(in.intValue());
				//System.out.print(arrayString[i]+"   ");
			}
		}
		br.close();
		isr.close();
	} catch (FileNotFoundException e) {
		e.printStackTrace();
	} catch (NumberFormatException e) {
		e.printStackTrace();
	} catch (IOException e) {
		e.printStackTrace();
	}
	return tempList;
}

public void sortTime() {
	long t1 = System.currentTimeMillis();
	sort();
	long costTime = System.currentTimeMillis() - t1;
	System.out.println("Time of " + sortName + " : " + costTime);
}

abstract public void sort();

public static void print(Collection<Integer> array){
	System.out.println(array);
}
public void print(){
	System.out.println(testArray);
}
}

而后，SetSort类实现sort的具体方法，调用Collecion.sort()方法。ide

<!-- lang: java -->
import java.util.Collections;

import ckj.chapter1.Sort;

public class SetSort extends Sort {

public SetSort(){
	this.sortName = "SetSort";
}
@Override
public void sort() {
	// TODO Auto-generated method stub
	Collections.sort(testArray);
}
public static void main(String[] args){
	Sort s = new SetSort();
	s.sortTime();
}

}函数

TreeSort实现TreeSet类，其是自动排序的。不用调用任何方法。测试

<!-- lang: java -->
package ckj.chapter1.treeset;

import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;

import ckj.chapter1.Sort;

public class TreeSetSort extends Sort{
public Set<Integer> st;
public TreeSetSort(){
	this.sortName = "TreeSet" ;
}
@Override
public void sort() {
	// TODO Auto-generated method stub
	st = new TreeSet<Integer>(this.testArray);
}

public void print(){
	System.out.println(st);
}
}

最后是 BitSort，位排序，由于int是32位的，因此一个数组就能够存32个数字位，因此生成一个size/32的数组，存放数据。调用set(),进行排序；test()方法是输出。this

<!-- lang: java -->
package ckj.chapter1.bitsort;

import ckj.chapter1.RandomNumber;
import ckj.chapter1.Sort;

public class BitSort extends Sort {
private int[] sortArray;

public BitSort(){
	this.sortName = "BitSort";
	this.sortArray = new int[RandomNumber.ARRAY_LENGTH/32+1];
	
}
private void set(int i){
	this.sortArray[i>>5] |= (1 << ( i & 0x1f));
}
private void clr(int i){
	this.sortArray[i>>5] &= ~(1 << ( i & 0x1f));
}
private int test(int i){
	return (this.sortArray[i>>5] & (1 << (i & 0x1f))) ;
}
@Override
public void sort() {
	// TODO Auto-generated method stub
	for ( int i = 0 ; i < RandomNumber.ARRAY_LENGTH ; i ++)
		clr(i);
	for ( int i = 0 ; i < this.testArray.size() ; i ++){
		set(this.testArray.get(i));
	}
	
}

public void print(){
	for ( int i = 0 ; i < RandomNumber.ARRAY_LENGTH ; i ++) {
		if (test(i) !=  0){
			System.out.print(i+ " ");
		}
	}
	System.out.println();
}

/*public static void main(String[] args){
	Sort s = new BitSort();
	s.sortTime();
	s.print();
}*/
}

主函数MainClass调用测试代码：code

<!-- lang: java -->
package ckj.chapter1;
import ckj.chapter1.bitsort.BitSort;
import ckj.chapter1.setsort.SetSort;
import ckj.chapter1.treeset.TreeSetSort;

public class MainClass {

private static final int _RANDOMSIZE = 1000000;

/**
 * @param args
 */
public static void main(String[] args) {
	// TODO Auto-generated method stub
	
	generateRandom();
	Sort s = new SetSort();
	s.sortTime();
	//s.print();
	s = new TreeSetSort();
	s.sortTime();
	//s.print();
	s = new BitSort();
	s.sortTime();
}

private static void generateRandom() {
	RandomNumber rand = new RandomNumber(_RANDOMSIZE);
	//RandomNumber.print(rand.generateRandNum());
	rand.generateRandNum();
	rand.writeFile("random.txt");
}

}

最后给一个测试结果，在3000000个范围内，随机产生不重复的1000000个正整数，运行时间比较：

<!-- lang: java -->
Time of SetSort : 576
Time of TreeSet : 1537
Time of BitSort : 34

能够看出，数据量越大，位排序的效果越好！又多了一种排序的思路了。

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