Java数组全套深入探究——进阶知识阶段3、sort自然排序
数组学习的重要意义
数组是我们必须要掌握的数据结构之一，在以后会对我们有非常大的帮助。
- 提高程序效率：数组是一种高效的数据结构，可以快速地访问和修改数据。在实际的生产生活中，数组被广泛应用于各种需要高效数据处理的场景，如图像处理、科学计算、金融分析等。通过学习数组，学生们可以更加高效地处理数据，提高程序的执行效率。
- 增强编程能力：数组是编程中常用的数据结构之一，掌握数组的使用方法对于学生的编程能力提升非常重要。在实际编程过程中，数组的使用非常普遍，掌握数组的使用可以帮助学生更加熟练地进行编程，提高编程效率和代码质量。
- 培养逻辑思维：数组是一种抽象的数据结构，通过学习数组，学生们可以培养自己的逻辑思维能力。在实际的问题解决中，很多问题都可以转化为数组的处理问题，通过学习数组，学生们可以更加清晰地思考问题，并给出有效的解决方案。
对于学生们来说，学习数组可能是一项有些困难的任务，但只要坚持学习，就一定能够掌握它。以下是一些鼓励学生们学习数组的话：
- 数组是编程的基础，掌握数组的使用对于成为一名优秀的程序员非常重要。
- 学习数组可能有些困难，但只要坚持下去，就一定能够掌握它。
- 通过学习数组，你可以更加高效地处理数据，提高程序的执行效率，展现出你的编程能力。
- 数组的应用非常广泛，掌握数组的使用可以让你在未来的学习和工作中更加出色。
- 相信自己，你一定能够掌握数组的使用，成为一名优秀的程序员！
sort自然排序
自然排序（Natural Sort）是一种根据元素的自然顺序进行排序的算法。它常用于对包含文本数据的数组进行排序，以便按照人类可读的顺序排列元素。自然排序算法的具体过程如下：
首先，比较数组中的相邻元素。
如果相邻元素的自然顺序不正确（例如，按字母顺序或数字大小），则交换它们的位置。
继续遍历数组，重复上述比较和交换操作，直到整个数组按照自然顺序排列。
示例：
考虑以下待排序的字符串数组：["file10.txt", "file1.txt", "file2.txt", "file20.txt", "file3.txt"]
使用自然排序对数组进行排序的过程如下：
第1轮：
比较 "file10.txt" 和 "file1.txt"，交换位置：["file1.txt", "file10.txt", "file2.txt", "file20.txt", "file3.txt"]
比较 "file10.txt" 和 "file2.txt"，不交换位置。
比较 "file20.txt" 和 "file2.txt"，交换位置：["file1.txt", "file2.txt", "file10.txt", "file20.txt", "file3.txt"]
比较 "file20.txt" 和 "file3.txt"，不交换位置。
第2轮：
排除已排序好的最后一个元素 "file3.txt"，继续比较前面的元素。
比较 "file10.txt" 和 "file20.txt"，交换位置：["file1.txt", "file2.txt", "file20.txt", "file10.txt", "file3.txt"]
...（以此类推）
重复上述步骤，直到整个数组排序完成。最终排序后的数组为：["file1.txt", "file2.txt", "file3.txt", "file10.txt", "file20.txt"]
通过使用自然排序，我们得到了按照自然顺序排列的文件名列表。请注意，自然排序不是基于简单的字符编码进行排序，而是考虑到了人类可读的顺序，例如将 "file2.txt" 排在 "file10.txt" 之前，以及将 "file10.txt" 排在 "file20.txt" 之前。这使得排序结果更符合人类的预期和理解。
示例——系统自带自然排序
以下是使用Java语言对数组[64, 34, 25, 12, 22, 11, 90]进行自然排序的示例代码，并附带了注释：
import java.util.Arrays; public class Demo1 { public static void main(String[] args) { // 定义待排序的数组 int[] arr = { 64, 34, 25, 12, 22, 11, 90 }; System.out.println("排序前的数组:"); for (int num : arr) { System.out.print(num + ","); } System.out.println(); // 使用自定义的比较器进行自然排序 Arrays.sort(arr); // 打印排序后的数组 System.out.println("排序后的数组:"); for (int num : arr) { System.out.print(num + ","); } } }
示例——自定义自然排序(可以自己看看，这里涉及到的内容超出当前范围)
import java.util.Arrays; import java.util.Comparator; public class Demo1 { public static void main(String[] args) { // 定义待排序的数组 int[] arr = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90}; System.out.println("排序前的数组:"); for (int num : arr) { System.out.print(num + ","); } System.out.println(); // 将整型数组转换为字符串数组，以便进行自然排序 String[] strArr = Arrays.stream(arr) .mapToObj(Integer::toString) .toArray(String[]::new); // 使用自定义的比较器进行自然排序 Arrays.sort(strArr, new NaturalComparator()); // 打印排序后的数组 System.out.println("排序后的数组:"); for (String str : strArr) { System.out.print(Integer.parseInt(str) + " "); } } } // 自定义比较器实现自然排序 class NaturalComparator implements Comparator<String> { @Override public int compare(String str1, String str2) { int idx1 = 0, idx2 = 0; int len1 = str1.length(), len2 = str2.length(); int minLen = Math.min(len1, len2); char c1=' ', c2=' '; int result; while (idx1 < minLen && (c1 = str1.charAt(idx1)) == (c2 = str2.charAt(idx2))) { if (Character.isDigit(c1) && Character.isDigit(c2)) { // 如果当前字符是数字，则比较整数值 int val1 = Integer.parseInt(str1.substring(idx1)); int val2 = Integer.parseInt(str2.substring(idx2)); result = Integer.compare(val1, val2); if (result != 0) { return result; } else { // 如果整数值相等，则比较整数的长度，长度较长的字符串应排在后面 int digitLen1 = str1.length() - idx1; int digitLen2 = str2.length() - idx2; result = Integer.compare(digitLen1, digitLen2); if (result != 0) { return result; } } } idx1++; idx2++; } // 如果字符串的前缀相同但长度不同，则较短的字符串应排在前面 if (idx1 == minLen) { return str2.charAt(idx2) == '0' ? 0 : -1; } else if (idx2 == minLen) { return str1.charAt(idx1) == '0' ? 0 : 1; } else { // 比较剩余部分的字符值 return Character.compare(c1, c2); } } }
对比选择排序、冒泡排序、自然排序
选择排序、冒泡排序和自然排序是三种常见的排序算法，它们之间有一些区别和特点。
选择排序（Selection Sort）：
基本思想：在未排序序列中找到最小（或最大）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（或最大）元素，然后放到已排序序列的末尾。以此类推，直到所有元素均排序完毕。
时间复杂度：选择排序的时间复杂度为 O(n^2)，其中 n 是待排序序列的长度。这是因为每次都需要在未排序序列中找到最小（或最大）元素，需要进行 n-1 次比较和交换操作。
空间复杂度：选择排序的空间复杂度为 O(1)，因为它只需要一个额外的存储空间用于临时存储最小（或最大）元素。
冒泡排序（Bubble Sort）：
基本思想：通过相邻元素之间的比较和交换，使得每一轮排序过程中最大（或最小）的元素"冒泡"到序列的一端。重复进行多轮排序，直到整个序列有序。
时间复杂度：冒泡排序的时间复杂度为 O(n^2)，其中 n 是待排序序列的长度。在最坏情况下，需要进行 n-1 轮比较和交换操作。
空间复杂度：冒泡排序的空间复杂度为 O(1)，因为它只需要一个额外的存储空间用于临时存储交换的元素。
自然排序（Natural Sort）：
基本思想：按照元素的自然顺序进行排序，例如对于字符串可以按照字母顺序排序，对于数字可以按照数值大小排序。自然排序通常用于处理混合类型的数据，例如字符串和数字的混合列表。
时间复杂度：自然排序的时间复杂度取决于具体的实现方式，但通常也是 O(n^2) 或更高。因为自然排序需要对不同类型的数据进行比较和转换，所以相对于选择排序和冒泡排序来说更加复杂。
空间复杂度：自然排序的空间复杂度也取决于具体的实现方式，但通常也是 O(1) 或更高。可能需要额外的存储空间用于存储转换后的数据或进行其他操作。
总结：
选择排序、冒泡排序和自然排序都是简单的排序算法，适用于小规模数据的排序。
选择排序和冒泡排序的时间复杂度和空间复杂度都是 O(n^2) 和 O(1)，但它们在实现方式和交换操作上有所不同。
自然排序适用于处理混合类型的数据，但实现相对复杂，时间复杂度和空间复杂度可能较高。
