Java实现预排序

1 问题描述

在计算机科学中，预排序是一种很古老的思想。实际上，对于排序算法的兴趣很大程度上是因为这样一个事实：如果列表是有序的，许多关于列表的问题更容易求解。显然，对于包含了排序操作，这种算法的时间效率依赖于所选用的排序算法的效率。

对于预排序的具体思想应用请参考下文。

2 解决方案

2.1 检验数组中元素的唯一性

此问题，首先使用合并排序对数组中元素进行一次从小到大的排序，然后，依次检查数组中的元素，看是否有重复元素，如果有这说明该元素不具有唯一性，否则说明该数组中的所有元素具有元素的唯一性。

package com.liuzhen.chapter6;

public class PresortElementUniqueness {
    //归并排序
    public void mergeSort(int[] A){
        if(A.length > 1){
            int[] leftA = getHalfArray(A,0);   //数组A的左半部分
            int[] rightA = getHalfArray(A,1);  //数组A的右半部分
            mergeSort(leftA);
            mergeSort(rightA);
            getMerge(A,leftA,rightA);
        }
    }

    /*
     * 参数A：要进行折半的数组
     * 参数judge:judge == 0表示返回数组A左上半部分，judge != 0表示返回数组A的右半部分
     * 函数功能：把数组按照长度均分为上半部分和下半部分
     */
    public int[] getHalfArray(int[] A,int judge){
        int[] result;
        if(judge == 0){
            result = new int[A.length/2];
            for(int i = 0;i < A.length/2;i++)
                result[i] = A[i];
        }
        else{
            result = new int[A.length - A.length/2];
            for(int i = 0;i < A.length - A.length/2;i++)
                result[i] = A[i+A.length/2];
        }
        return result;
    }
    /*
     *参数A：给定待排序数组
     *参数leftA:数组A的左半部分
     *参数rightA:数组的右半部分
     *函数功能：返回数组A的从小到大排序
     */
    public void getMerge(int[] A,int[] leftA,int[] rightA){
        int i = 0;       //用于计算当前遍历leftA的元素个数
        int j = 0;       //用于计算当前遍历rightA的元素个数
        int count = 0;   //用于计算当前得到按从小到大排序的A的元素个数
        while(i < leftA.length && j < rightA.length){
            if(leftA[i] < rightA[j]){
                A[count++] = leftA[i];
                i++;
            }
            else{
                A[count++] = rightA[j];
                j++;
            }
        }
        if(i < leftA.length){
            while(i < leftA.length)
                A[count++] = leftA[i++];
        }
        if(j < rightA.length){
            while(j < rightA.length)
                A[count++] = rightA[j++];
        }
    }
    //判断数组A（PS:数组A已是有序数组）中元素是否具有唯一性
    public boolean judgeOnlyElement(int[] A){
        for(int i = 0;i < A.length-1;i++){
            if(A[i] == A[i+1])
                return false;
        }
        return true;
    }

    public static void main(String[] args){
        PresortElementUniqueness test = new PresortElementUniqueness();
        int[] A = {3,2,1,8,7,4,3,6,1,7,3,3,7,7,7,7};
        test.mergeSort(A);
        System.out.println("使用归并排序后数组A的结果：");
        for(int i = 0;i < A.length;i++)
            System.out.print(A[i]+" ");
        if(test.judgeOnlyElement(A))
            System.out.println("\n数组A中的元素具有唯一性");
        else
            System.out.println("\n数组A中的元素不具有唯一性");
        int[] B = {9,8,7,6,5,4,3,2,1};
        test.mergeSort(B);
        System.out.println("使用归并排序后数组B的结果：");
        for(int i = 0;i < B.length;i++)
            System.out.print(B[i]+" ");
        if(test.judgeOnlyElement(B))
            System.out.println("\n数组B中的元素具有唯一性");
        else
            System.out.println("\n数组B中的元素不具有唯一性");
    }
}

运行结果：

使用归并排序后数组A的结果：
1 2 3 3 3 3 4 6 7 7 7 7 7 7 8
数组A中的元素不具有唯一性
使用归并排序后数组B的结果：
2 3 4 5 6 7 8 9
数组B中的元素具有唯一性

2.2 模式计算

在给定的数组列表中最经常出现的一个数值称为模式。例如，对于5,1,5,7,6,5,7来说，模式是5（如果若干个不同的值都是最经常出现的，它们中的任何一个都可以看作模式。）

此处，首先对给定数组中元素使用合并排序进行从小到大排序，然后，依次遍历其中的元素，计算其中重复元素的最大个数，返回该元素的值，即为所求的模式。

package com.liuzhen.chapter6;

public class PresortElementUniqueness {
    //归并排序
    public void mergeSort(int[] A){
        if(A.length > 1){
            int[] leftA = getHalfArray(A,0);   //数组A的左半部分
            int[] rightA = getHalfArray(A,1);  //数组A的右半部分
            mergeSort(leftA);
            mergeSort(rightA);
            getMerge(A,leftA,rightA);
        }
    }

    /*
     * 参数A：要进行折半的数组
     * 参数judge:judge == 0表示返回数组A左上半部分，judge != 0表示返回数组A的右半部分
     * 函数功能：把数组按照长度均分为上半部分和下半部分
     */
    public int[] getHalfArray(int[] A,int judge){
        int[] result;
        if(judge == 0){
            result = new int[A.length/2];
            for(int i = 0;i < A.length/2;i++)
                result[i] = A[i];
        }
        else{
            result = new int[A.length - A.length/2];
            for(int i = 0;i < A.length - A.length/2;i++)
                result[i] = A[i+A.length/2];
        }
        return result;
    }
    /*
     *参数A：给定待排序数组
     *参数leftA:数组A的左半部分
     *参数rightA:数组的右半部分
     *函数功能：返回数组A的从小到大排序
     */
    public void getMerge(int[] A,int[] leftA,int[] rightA){
        int i = 0;       //用于计算当前遍历leftA的元素个数
        int j = 0;       //用于计算当前遍历rightA的元素个数
        int count = 0;   //用于计算当前得到按从小到大排序的A的元素个数
        while(i < leftA.length && j < rightA.length){
            if(leftA[i] < rightA[j]){
                A[count++] = leftA[i];
                i++;
            }
            else{
                A[count++] = rightA[j];
                j++;
            }
        }
        if(i < leftA.length){
            while(i < leftA.length)
                A[count++] = leftA[i++];
        }
        if(j < rightA.length){
            while(j < rightA.length)
                A[count++] = rightA[j++];
        }
    }

    //返回数组A（PS：数组A是有序数组）中模式
    public int presortMode(int[] A){
        int i = 0;
        int modeFrequency = 0;
        int modeValue = 0;
        while(i < A.length){
            int temp = i;
            int count = 0;
            while(temp < A.length && A[temp] == A[i]){
                count++;
                temp++;
            }
            if(count > modeFrequency){
                modeFrequency = count;
                modeValue = A[i];
            }
            i = i+count;
        }
        return modeValue;
    }
    public static void main(String[] args){
        PresortElementUniqueness test = new PresortElementUniqueness();
        int[] A = {3,2,1,8,7,4,3,6,1,7,3,3,7,7,7,7};
        test.mergeSort(A);
        System.out.println("使用归并排序后数组A的结果：");
        for(int i = 0;i < A.length;i++)
            System.out.print(A[i]+" ");
        System.out.println("\n数组A中模式为："+test.presortMode(A));
        int[] B = {9,8,7,6,5,4,3,2,1};
        test.mergeSort(B);
        System.out.println("使用归并排序后数组B的结果：");
        for(int i = 0;i < B.length;i++)
            System.out.print(B[i]+" ");
        System.out.println("\n数组B中模式为："+test.presortMode(B));
    }
}

运算结果：

使用归并排序后数组A的结果：
1 2 3 3 3 3 4 6 7 7 7 7 7 7 8
数组A中模式为：7
使用归并排序后数组B的结果：
2 3 4 5 6 7 8 9
数组B中模式为：1