掌握 Java 集合算法：排序、打乱、搜索与更多实用操作

Java 集合算法

Java 集合框架提供一组静态方法（称为通用算法），可操作实现 Collection 接口的任意集合，简洁高效。

1. Collections.sort() 排序

sort() 按自然顺序（升序）排列元素。自定义排序需提供 Comparator。

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>();
        numbers.add(4);
        numbers.add(2);
        numbers.add(3);
        System.out.println("Unsorted ArrayList: " + numbers);
        Collections.sort(numbers);
        System.out.println("Sorted ArrayList: " + numbers);
    }
}

输出

Unsorted ArrayList: [4, 2, 3]
Sorted ArrayList: [2, 3, 4]

降序或特定规则可用自定义 Comparator，详见 Java 排序 指南。

2. Collections.shuffle() 打乱顺序

shuffle() 随机打乱元素顺序，适用于游戏或抽样场景。

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>();
        numbers.add(1);
        numbers.add(2);
        numbers.add(3);
        System.out.println("Sorted ArrayList: " + numbers);
        Collections.shuffle(numbers);
        System.out.println("ArrayList after shuffle: " + numbers);
    }
}

输出

Sorted ArrayList: [1, 2, 3]
ArrayList after shuffle: [2, 1, 3]

每次运行产生不同排列，基于 Fisher-Yates 算法。

3. 常规数据操作

Java 提供多种工具方法转换集合：

• reverse() – 反转元素顺序
• fill() – 用指定值替换所有元素
• copy() – 复制元素到另一集合（需同等大小）
• swap() – 交换两个索引位置的元素
• addAll() – 将一集合所有元素追加到另一集合

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>();
        numbers.add(1);
        numbers.add(2);
        System.out.println("ArrayList1: " + numbers);
        Collections.reverse(numbers);
        System.out.println("Reversed ArrayList1: " + numbers);
        Collections.swap(numbers, 0, 1);
        System.out.println("ArrayList1 after swap(): " + numbers);
        ArrayList<Integer> newNumbers = new ArrayList<>();
        newNumbers.addAll(numbers);
        System.out.println("ArrayList2 using addAll(): " + newNumbers);
        Collections.fill(numbers, 0);
        System.out.println("ArrayList1 after fill(): " + numbers);
        Collections.copy(newNumbers, numbers);
        System.out.println("ArrayList2 after copy(): " + newNumbers);
    }
}

输出

ArrayList1: [1, 2]
Reversed ArrayList1: [2, 1]
ArrayList1 after swap(): [1, 2]
ArrayList2 using addAll(): [1, 2]
ArrayList1 after fill(): [0, 0]
ArrayList2 after copy(): [0, 0]

注意： copy() 要求目标集合至少与源集合大小相同。

4. Collections.binarySearch() 二分查找

在已排序集合中高效定位元素，返回索引或负的插入点。

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>();
        numbers.add(1);
        numbers.add(2);
        numbers.add(3);
        int pos = Collections.binarySearch(numbers, 3);
        System.out.println("The position of 3 is " + pos);
    }
}

输出

The position of 3 is 2.

提示： 调用 binarySearch() 前必须排序，否则结果未定义。详见 Java 二分查找。

5. 集合组合分析

分析集合间关系的工具方法：

• frequency() – 统计特定元素出现次数
• disjoint() – 判断两集合是否无共同元素

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>();
        numbers.add(1);
        numbers.add(2);
        numbers.add(3);
        numbers.add(2);
        System.out.println("ArrayList1: " + numbers);
        int count = Collections.frequency(numbers, 2);
        System.out.println("Count of 2: " + count);
        ArrayList<Integer> newNumbers = new ArrayList<>();
        newNumbers.add(5);
        newNumbers.add(6);
        System.out.println("ArrayList2: " + newNumbers);
        boolean disjoint = Collections.disjoint(numbers, newNumbers);
        System.out.println("Two lists are disjoint: " + disjoint);
    }
}

输出

ArrayList1: [1, 2, 3, 2]
Count of 2: 2
ArrayList2: [5, 6]
Two lists are disjoint: true

6. 查找最小值与最大值

用 min() 和 max() 获取最小/最大元素，适用于分析和边界检查。

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>();
        numbers.add(1);
        numbers.add(2);
        numbers.add(3);
        int min = Collections.min(numbers);
        System.out.println("Minimum Element: " + min);
        int max = Collections.max(numbers);
        System.out.println("Maximum Element: " + max);
    }
}

输出

Minimum Element: 1
Maximum Element: 3