912. 排序数组

题目描述

给你一个整数数组 nums，请你将该数组升序排列。

 

示例 1：

输入：nums = [5,2,3,1]
输出：[1,2,3,5]

示例 2：

输入：nums = [5,1,1,2,0,0]
输出：[0,0,1,1,2,5]

 

提示：

• 1 <= nums.length <= 5 * 104
• -5 * 104 <= nums[i] <= 5 * 104

方法一：快速排序

快速排序是一种高效的排序算法。它的基本思想是通过一趟排序将待排序的数据分割成独立的两部分，其中一部分的所有数据都比另外一部分的所有数据都要小，然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序，整个排序过程可以递归进行，以此达到整个数据变成有序序列。

时间复杂度 $O(n\times \log n)$，空间复杂度 $O(\log n)$。其中 $n$ 为数组长度。

Java

class Solution {
    private int[] nums;

    public int[] sortArray(int[] nums) {
        this.nums = nums;
        quikcSort(0, nums.length - 1);
        return nums;
    }

    private void quikcSort(int l, int r) {
        if (l >= r) {
            return;
        }
        int x = nums[(l + r) >> 1];
        int i = l - 1, j = r + 1;
        while (i < j) {
            while (nums[++i] < x) {
            }
            while (nums[--j] > x) {
            }
            if (i < j) {
                int t = nums[i];
                nums[i] = nums[j];
                nums[j] = t;
            }
        }
        quikcSort(l, j);
        quikcSort(j + 1, r);
    }
}

C++

class Solution {
public:
    vector<int> sortArray(vector<int>& nums) {
        function<void(int, int)> quick_sort = [&](int l, int r) {
            if (l >= r) {
                return;
            }
            int i = l - 1, j = r + 1;
            int x = nums[(l + r) >> 1];
            while (i < j) {
                while (nums[++i] < x) {
                }
                while (nums[--j] > x) {
                }
                if (i < j) {
                    swap(nums[i], nums[j]);
                }
            }
            quick_sort(l, j);
            quick_sort(j + 1, r);
        };
        quick_sort(0, nums.size() - 1);
        return nums;
    }
};

TypeScript

function sortArray(nums: number[]): number[] {
    function quickSort(l: number, r: number) {
        if (l >= r) {
            return;
        }
        let i = l - 1;
        let j = r + 1;
        const x = nums[(l + r) >> 1];
        while (i < j) {
            while (nums[++i] < x);
            while (nums[--j] > x);
            if (i < j) {
                [nums[i], nums[j]] = [nums[j], nums[i]];
            }
        }
        quickSort(l, j);
        quickSort(j + 1, r);
    }
    const n = nums.length;
    quickSort(0, n - 1);
    return nums;
}

Python

class Solution:
    def sortArray(self, nums: List[int]) -> List[int]:
        def quick_sort(l, r):
            if l >= r:
                return
            x = nums[randint(l, r)]
            i, j, k = l - 1, r + 1, l
            while k < j:
                if nums[k] < x:
                    nums[i + 1], nums[k] = nums[k], nums[i + 1]
                    i, k = i + 1, k + 1
                elif nums[k] > x:
                    j -= 1
                    nums[j], nums[k] = nums[k], nums[j]
                else:
                    k = k + 1
            quick_sort(l, i)
            quick_sort(j, r)

        quick_sort(0, len(nums) - 1)
        return nums

方法二：堆排序

Java

class Solution {
    public int[] sortArray(int[] nums) {
        heapSort(nums);
        return nums;
    }

    private void heapSort(int[] nums) {
        int n = nums.length;

        for (int i = n / 2 - 1; i >= 0; i--) {
            heapify(nums, n, i);
        }

        for (int i = n - 1; i > 0; i--) {
            swap(nums, 0, i);
            heapify(nums, i, 0);
        }
    }

    private void heapify(int[] nums, int n, int i) {
        int largest = i;
        int left = 2 * i + 1;
        int right = 2 * i + 2;

        if (left < n && nums[left] > nums[largest]) {
            largest = left;
        }

        if (right < n && nums[right] > nums[largest]) {
            largest = right;
        }

        if (largest != i) {
            swap(nums, i, largest);
            heapify(nums, n, largest);
        }
    }

    private void swap(int[] nums, int i, int j) {
        int temp = nums[i];
        nums[i] = nums[j];
        nums[j] = temp;
    }
}

方法三：归并排序

归并排序是一种分治算法，其思想是将待排序的数据序列不断地折半拆分，直到每个数据块只有一个元素为止，然后再按照拆分的顺序将每个数据块两两合并，在合并的过程中进行排序，最终得到一个有序的数据序列。

归并排序是一种稳定的排序算法，时间复杂度为 $O(n\times \log n)$，空间复杂度为 $O(n)$。其中 $n$ 为数组长度。

Java

class Solution {
    private int[] nums;

    public int[] sortArray(int[] nums) {
        this.nums = nums;
        mergeSort(0, nums.length - 1);
        return nums;
    }

    private void mergeSort(int l, int r) {
        if (l >= r) {
            return;
        }
        int mid = (l + r) >> 1;
        mergeSort(l, mid);
        mergeSort(mid + 1, r);
        int i = l, j = mid + 1, k = 0;
        int[] tmp = new int[r - l + 1];
        while (i <= mid && j <= r) {
            if (nums[i] <= nums[j]) {
                tmp[k++] = nums[i++];
            } else {
                tmp[k++] = nums[j++];
            }
        }
        while (i <= mid) {
            tmp[k++] = nums[i++];
        }
        while (j <= r) {
            tmp[k++] = nums[j++];
        }
        for (i = l; i <= r; ++i) {
            nums[i] = tmp[i - l];
        }
    }
}

C++

class Solution {
public:
    vector<int> sortArray(vector<int>& nums) {
        function<void(int, int)> merge_sort = [&](int l, int r) {
            if (l >= r) {
                return;
            }
            int mid = (l + r) >> 1;
            merge_sort(l, mid);
            merge_sort(mid + 1, r);
            int i = l, j = mid + 1, k = 0;
            int tmp[r - l + 1];
            while (i <= mid && j <= r) {
                if (nums[i] <= nums[j]) {
                    tmp[k++] = nums[i++];
                } else {
                    tmp[k++] = nums[j++];
                }
            }
            while (i <= mid) {
                tmp[k++] = nums[i++];
            }
            while (j <= r) {
                tmp[k++] = nums[j++];
            }
            for (i = l; i <= r; ++i) {
                nums[i] = tmp[i - l];
            }
        };
        merge_sort(0, nums.size() - 1);
        return nums;
    }
};

TypeScript

function sortArray(nums: number[]): number[] {
    function mergetSort(l: number, r: number) {
        if (l >= r) {
            return;
        }
        const mid = (l + r) >> 1;
        mergetSort(l, mid);
        mergetSort(mid + 1, r);
        let [i, j, k] = [l, mid + 1, 0];
        while (i <= mid && j <= r) {
            if (nums[i] <= nums[j]) {
                tmp[k++] = nums[i++];
            } else {
                tmp[k++] = nums[j++];
            }
        }
        while (i <= mid) {
            tmp[k++] = nums[i++];
        }
        while (j <= r) {
            tmp[k++] = nums[j++];
        }
        for (i = l, j = 0; i <= r; ++i, ++j) {
            nums[i] = tmp[j];
        }
    }
    const n = nums.length;
    let tmp = new Array(n).fill(0);
    mergetSort(0, n - 1);
    return nums;
}

Python

class Solution:
    def sortArray(self, nums: List[int]) -> List[int]:
        def merge_sort(l, r):
            if l >= r:
                return
            mid = (l + r) >> 1
            merge_sort(l, mid)
            merge_sort(mid + 1, r)
            i, j = l, mid + 1
            tmp = []
            while i <= mid and j <= r:
                if nums[i] <= nums[j]:
                    tmp.append(nums[i])
                    i += 1
                else:
                    tmp.append(nums[j])
                    j += 1
            if i <= mid:
                tmp.extend(nums[i : mid + 1])
            if j <= r:
                tmp.extend(nums[j : r + 1])
            for i in range(l, r + 1):
                nums[i] = tmp[i - l]

        merge_sort(0, len(nums) - 1)
        return nums