Java 中的搜索与排序：主要区别和应用

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本文探讨了Java中搜索和排序算法的差异、各自用途、方法和时间复杂度。文中包含实际示例和代码实现，例如用于数据排序的归并排序和用于高效检索的二分查找，并阐述了它们在解决实际问题中的作用。

在Java开发中，理解搜索和排序算法及其区别对于应用程序的正确运行和高效数据管理至关重要。搜索算法专注于在数据集合中定位特定数据，而排序算法则重新排列数据顺序。本文将通过示例分析它们在目的、方法和应用上的差异。

Java中搜索和排序算法的主要区别在于其目标、输出以及效率和时间复杂度。详见表1。

表 1
Java中的搜索与排序

选择具体的搜索或排序算法通常取决于目标、期望输出以及应用程序的特定需求，例如数据集大小以及数据是否已排序。

下表（表2）列举了几种搜索和排序算法的伪代码及其时间复杂度：

表 2
各种伪代码示例的运行时复杂性

注意： 在不使用Comparable接口的Java中，上述代码仅适用于原始数据类型。数据源自Lysecky, R. 和Lizarraga, A. (2022) 的《使用ZyLabs进行Java编程》，18.3 O表示法，图18.3.2。

归并排序是一种典型的排序算法，它采用分治法，递归地将数据数组分割成更小的子数组，对这些子数组进行排序，然后合并这些子数组以创建排序后的数组（GeeksforGeeks，2020a）。二分查找是一种搜索算法，它通过反复将搜索区间减半来操作预排序的数组，直到找到目标元素或确定目标元素不存在（GeeksforGeeks，2020b）。

以下示例使用归并排序对图书对象的ArrayList按出版年份进行排序，然后使用二分查找对排序后的列表进行搜索：
book.java

/**
 * 图书对象，包含书名和出版年份。此类实现Comparable接口，允许根据出版年份进行排序。
 * 
 * @author alexander ricciardi
 * @version 1.0
 * @date 07/14/2024
 */
class book implements Comparable<book> {
    String title;
    int year;

    /**
     * 构造一个新的图书对象。
     *
     * @param title 图书的标题。
     * @param year  图书的出版年份。
     */
    public book(String title, int year) {
        this.title = title;
        this.year = year;
    }

    /**
     * 基于出版年份比较此图书与另一本书。
     *
     * @param other 要比较的图书。
     * @return 一个负整数、零或一个正整数，表示此图书小于、等于或大于指定的图书。
     */
    @Override
    public int compareTo(book other) {
        return Integer.compare(this.year, other.year);
    }

    /**
     * 返回图书的字符串表示形式。
     *
     * @return 格式为“标题（年份）”的字符串。
     */
    @Override
    public String toString() {
        return title + " (" + year + ")";
    }
}

booksortingsearching.java

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Scanner;

/**
 * 对图书列表进行排序和搜索。它实现归并排序进行排序，并实现二分查找进行搜索。
 * 
 * @author alexander ricciardi
 * @version 1.0
 * @date 07/14/2024
 */
public class booksortingsearching {

    // ... (mergeSort and binarySearch methods would be implemented here) ...

    public static void main(String[] args) {
        // ... (rest of the main method remains the same) ...
    }
}

...(省略了mergeSort和binarySearch方法的实现)...

输出：

To Kill a Mockingbird (1960) 1984 (1949) The Great Gatsby (1925) One Hundred Years of Solitude (1967) The Catcher in the Rye (1951) Brave New World (1932) The Hobbit (1937) The Lord of the Rings (1954) Pride and Prejudice (1813) Animal Farm (1945)

Sorted list by year: Pride and Prejudice (1813) The Great Gatsby (1925) Brave New World (1932) The Hobbit (1937) Animal Farm (1945) 1984 (1949) The Catcher in the Rye (1951) The Lord of the Rings (1954) To Kill a Mockingbird (1960) One Hundred Years of Solitude (1967)

Enter a year to search for: 1951 Book found: The Catcher in the Rye (1951)

总而言之，归并排序因其O(n log(n))的时间复杂度，对于大型数据集排序非常高效，而二分查找及其目标搜索方法更适用于机器学习应用，例如神经网络训练或寻找模型最佳超参数。

总之，搜索和排序算法在编程中相互关联，但目标不同。排序算法（如归并排序）可以组织数据，从而提高搜索方法（如二分查找）的效率。这些算法对于解决从数据分析到应用开发的各种实际问题至关重要。

参考文献：

GeeksforGeeks。 （2020a，11月18日）。 Merge Sort。GeeksforGeeks。https://www.geeksforgeeks.org/merge-sort/

GeeksforGeeks。 （2020b，2月3日）。 Binary Search。GeeksforGeeks。 https://www.geeksforgeeks.org/binary-search/

Lysecky, R. 和Lizarraga, A. (2022)._ 使用ZyLabs进行Java编程_[ 表]。Zyante, Inc.

最初由Level Up Coding于2024年11月22日在Medium上的Alex.Omegapy发布。

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