TimSort：兼顾效率与稳定的高效排序算法

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本文将探讨最快的排序算法，特别关注Java7引入的高效排序算法TimSort。TimSort是2001年由Tim Peters为Python开发的，后来被广泛应用到Python、Java、Android和GNU Octave等平台。它的设计灵感来源于插入排序和归并排序，旨在提供一个在各种数据规模下都能保持良好性能的算法。不同于人们普遍认为的快速排序（QuickSort），尽管快速排序在平均情况下表现优异，但其不稳定性和最坏情况下的性能并不总是最优。TimSort的优势在于它对已部分有序的数据表现特别出色，通过动态地决定何时使用插入排序（当数据量小，比如小于等于64）和何时采用归并排序（数据量较大时）来提高效率。算法的关键特性包括： 1. **混合策略**：对于较小的数据集，TimSort会直接使用插入排序，因为插入排序对于近乎有序的数据具有较高的效率。这在处理大量已部分排序的数据时非常有效。 2. **归并排序基础**：对于较大的数据，TimSort会使用归并排序的基本原理，将数据分为两半，然后递归地排序它们，最后通过归并操作合并结果。 3. **二分搜索优化**：在合并过程中，TimSort利用二分搜索来减少元素间的比较次数，进一步提升性能。为了演示这些算法的实际性能，文章提供了扑克牌排序的示例，通过比较冒泡排序（Bubble Sort）、插入排序（Insertion Sort）、快速排序（QuickSort）、归并排序（Merge Sort）以及TimSort的执行速度，直观展示不同算法在不同情况下的优劣。在代码实现中，`Poker` 类定义了一个`Card` 类，包含一套扑克牌的花色（Suites）和点数（1~13）。作者通过这种方式构建了一系列数据结构来测试排序算法的性能，这对于理解排序算法在实际应用中的表现至关重要。总结来说，TimSort是当前实践中被广泛认可的高效的排序算法之一，它结合了插入排序和归并排序的优点，尤其适合处理部分有序的数据。通过对比实验，我们可以更深入地理解每种排序算法的特点及其在不同场景下的适用性。

}

各种排序算法的实现如下

package com.github.walterfan.helloalgorithm;

import com.google.common.base.Stopwatch;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.Collections;

import java.util.Comparator;

import java.util.List;

import java.util.concurrent.Callable;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

import java.util.stream.Collectors;

import static java.util.concurrent.TimeUnit.MILLISECONDS;

@Slf4j

public class SortCardTask implements Callable<Long> {

public enum SortMethod {

BUBBLE_SORT,

INSERT_SORT,

QUICK_SORT,

MERGE_SORT,

TIM_SORT}

private final List<Poker.Card> cards;

private final SortMethod sortMethod;

private final int taskNumber;

private final AtomicInteger taskCounter;

public SortCardTask(List<Poker.Card> cards, SortMethod method, int taskNumber, AtomicInteger taskCounter) {

this.cards = cards;

this.sortMethod = method;

this.taskNumber = taskNumber;

this.taskCounter = taskCounter;

}

@Override

public Long call() {

Stopwatch stopwatch = Stopwatch.createStarted();

log.info("* {} begin to sort {} cards ({} suite） by {}", this.taskNumber, cards.size(), cards.size()/52, sortMethod);

Comparator<Poker.Card> comparator = new Poker.CardComparator();

switch(sortMethod) {

case BUBBLE_SORT:

bubbleSort(cards, comparator);

break;

case INSERT_SORT:

insertSort(cards, comparator);

break;

case QUICK_SORT:

quickSort(cards, comparator);

break;

case MERGE_SORT:

mergeSort(cards, comparator);

break;

case TIM_SORT:

timSort(cards, comparator);

break;

}

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