Khảo sát các thuật toán sắp xếp mảng phổ biến trong Java

Mảng, một cấu trúc dữ liệu nền tảng trong Java và nhiều ngôn ngữ lập trình khác, cho phép lưu trữ một tập hợp các phần tử có cùng kiểu dữ liệu. Việc sắp xếp các phần tử trong mảng là một thao tác phổ biến và quan trọng trong nhiều ứng dụng, từ tìm kiếm và lọc dữ liệu đến xử lý hình ảnh và học máy. Java cung cấp một loạt các thuật toán sắp xếp mảng, mỗi thuật toán có ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với các tình huống cụ thể. Bài viết này sẽ đi sâu vào tìm hiểu một số thuật toán sắp xếp mảng phổ biến trong Java, phân tích ưu nhược điểm của chúng và cách thức hoạt động.

<h2 style="font-weight: bold; margin: 12px 0;">Sắp xếp Nổi Bọt (Bubble Sort)</h2>

Sắp xếp nổi bọt là một trong những thuật toán sắp xếp đơn giản nhất, hoạt động bằng cách lặp lại so sánh các phần tử liền kề trong mảng và hoán đổi vị trí của chúng nếu chúng không theo thứ tự mong muốn. Quá trình này được lặp đi lặp lại cho đến khi toàn bộ mảng được sắp xếp. Ưu điểm của sắp xếp nổi bọt là dễ hiểu và triển khai, tuy nhiên, nó có hiệu suất kém đối với mảng lớn do độ phức tạp thời gian là O(n^2) trong trường hợp xấu nhất.

<h2 style="font-weight: bold; margin: 12px 0;">Sắp xếp Chèn (Insertion Sort)</h2>

Sắp xếp chèn hoạt động bằng cách duyệt qua mảng và chèn từng phần tử vào vị trí đúng trong phần đã được sắp xếp của mảng. Thuật toán này hiệu quả hơn sắp xếp nổi bọt đối với mảng nhỏ hoặc mảng gần như đã được sắp xếp, với độ phức tạp thời gian là O(n) trong trường hợp tốt nhất. Tuy nhiên, trong trường hợp xấu nhất, độ phức tạp thời gian của sắp xếp chèn vẫn là O(n^2).

<h2 style="font-weight: bold; margin: 12px 0;">Sắp xếp Chọn (Selection Sort)</h2>

Sắp xếp chọn hoạt động bằng cách tìm kiếm phần tử nhỏ nhất (hoặc lớn nhất) trong mảng chưa được sắp xếp và hoán đổi nó với phần tử đầu tiên. Quá trình này được lặp lại cho phần còn lại của mảng cho đến khi toàn bộ mảng được sắp xếp. Giống như hai thuật toán trên, sắp xếp chọn có độ phức tạp thời gian là O(n^2) trong cả trường hợp tốt nhất và xấu nhất.

<h2 style="font-weight: bold; margin: 12px 0;">Sắp xếp Hợp nhất (Merge Sort)</h2>

Sắp xếp hợp nhất là một thuật toán sắp xếp hiệu quả hơn dựa trên phương pháp chia để trị. Thuật toán này chia mảng thành các mảng con nhỏ hơn cho đến khi mỗi mảng con chỉ chứa một phần tử. Sau đó, các mảng con được hợp nhất lại theo thứ tự, tạo thành một mảng được sắp xếp. Sắp xếp hợp nhất có độ phức tạp thời gian là O(n log n) trong tất cả các trường hợp, làm cho nó trở thành một lựa chọn tốt cho việc sắp xếp các mảng lớn.

<h2 style="font-weight: bold; margin: 12px 0;">Sắp xếp Nhanh (Quick Sort)</h2>

Sắp xếp nhanh cũng là một thuật toán sắp xếp dựa trên phương pháp chia để trị, hoạt động bằng cách chọn một phần tử "pivot" và phân chia mảng thành hai phần: phần tử nhỏ hơn pivot và phần tử lớn hơn pivot. Quá trình này được lặp lại đệ quy cho đến khi toàn bộ mảng được sắp xếp. Sắp xếp nhanh có độ phức tạp thời gian trung bình là O(n log n), nhưng trong trường hợp xấu nhất, độ phức tạp thời gian có thể lên đến O(n^2).

Bài viết đã giới thiệu một số thuật toán sắp xếp mảng phổ biến trong Java, bao gồm sắp xếp nổi bọt, sắp xếp chèn, sắp xếp chọn, sắp xếp hợp nhất và sắp xếp nhanh. Mỗi thuật toán đều có ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với các tình huống cụ thể. Việc lựa chọn thuật toán sắp xếp phù hợp phụ thuộc vào kích thước của mảng, mức độ sắp xếp ban đầu của mảng và yêu cầu về hiệu suất của ứng dụng.