[이코테] Chapter 6. 정렬 (java)

📍개념

1. 선택 정렬

• 처리되지 않은 데이터 중 가장 작은 데이터와 가장 앞 데이터를 교환하며 정렬하는 알고리즘.
• O(N^2)

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		int n = 10;
		int[] arr = { 7, 5, 9, 0, 3, 1, 6, 2, 4, 8 };

		for (int i = 0; i < n; i++) {
			int min_idx = i;
			for (int j = i + 1; j < n; j++) {
				if (arr[min_idx] > arr[j]) {
					min_idx = j;
				}
			}

			// 가장 앞 데이터와 가장 작은 데이터 위치 교환
			int temp = arr[i];
			arr[i] = arr[min_idx];
			arr[min_idx] = temp;
		}

		for (int i : arr)
			System.out.print(i + " ");
	}
}

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2. 삽입 정렬

• 특정한 데이터를 적절한 위치에 삽입하여 정렬하는 알고리즘.
• O(N^2)이지만, 거의 정렬된 상태에서는 O(N)에 가까움

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		int n = 10;
		int[] arr = { 7, 5, 9, 0, 3, 1, 6, 2, 4, 8 };

		for (int i = 1; i < n; i++) {
			for (int j = i; j > 0; j--) {
				// 바로 앞의 데이터와 비교  
				if (arr[j] < arr[j - 1]) {
					int temp = arr[j];
					arr[j] = arr[j - 1];
					arr[j - 1] = temp;
				}
				else break;
			}
		}

		for (int i : arr)
			System.out.print(i + " ");
	}
}

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3. 퀵 정렬

• 왼쪽부터 피벗보다 큰 데이터를, 오른쪽부터 피벗보다 작은 데이터를 찾아 서로 교환하여 정렬하는 알고리즘.
• O(NlogN)

public class Main {

	public static void quickSort(int[] arr, int start, int end) {
		if (start >= end)
			return;

		// 배열의 첫 번째 원소를 pivot으로 설정
		int pivot = start;
		int left = start + 1;
		int right = end;

		while (left <= right) {
			// pivot보다 큰 left, pivot보다 작은 right 교환
			while (left <= end && arr[left] <= arr[pivot])
				left++;
			while (right > start && arr[right] >= arr[pivot])
				right--;

			// left와 right 위치가 역전됐다면 pivot과 right 값 교환
			if (left > right) {
				int temp = arr[pivot];
				arr[pivot] = arr[right];
				arr[right] = temp;
			} else {
				int temp = arr[left];
				arr[left] = arr[right];
				arr[right] = temp;
			}

			// 분할 후 반복
			quickSort(arr, start, right - 1);
			quickSort(arr, right + 1, end);
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		int n = 10;
		int[] arr = { 7, 5, 9, 0, 3, 1, 6, 2, 4, 8 };

		quickSort(arr, 0, n - 1);

		for (int i : arr)
			System.out.print(i + " ");
	}
}

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4. 계수 정렬

• 각 값의 빈도 수를 저장한 다음 그 값을 빈도수 만큼 출력하는 알고리즘. (비교 방식이 아니다.)
• 데이터의 크기 범위가 제한되어 정수 형태로 표현할 수 있을 때만 사용.
• 데이터의 크기가 중복될 수록 유리하다.
• 최악의 경우에도 O(N+K)

public class Main {
	public static final int MAX_VALUE = 9;

	public static void main(String[] args) {
		int n = 15;
		int[] arr = { 7, 5, 9, 0, 3, 1, 6, 2, 9, 1, 4, 8, 0, 5, 2 };

		// 최댓값까지 담을 수 있는 크기의 배열 생성 
		int[] cnt = new int[MAX_VALUE + 1];
		
		// 빈도수 저장 
		for (int i = 0; i < n; i++) {
			cnt[arr[i]] += 1;
		}
		
		// 빈도수 만큼 출력 
		for (int i = 0; i <= MAX_VALUE; i++) {
			for (int j = 0; j < cnt[i]; j++) {
				System.out.print(i + " ");
			}
		}
	}
}

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📖 [예제 6-1] 위에서 아래로

문제

• 하나의 수열에는 다양한 수가 존재한다.
• 이러한 수는 크기에 상관없이 나열되어 있다.
• 이 수를 큰 수부터 작은 수의 순서로 정렬해야한다.
• 수열을 내림차순으로 정렬하는 프로그램을 만드시오.

입력 조건

• 첫째 줄에 수열에 속해 있는 수의 개수 N이 주어진다. (1 <= N <= 500)
• 둘째 줄부터 N + 1 번째 줄 까지 N개의 수가 입력된다. 수의 범위는 1 이상 100,000 이하 자연수이다.

출력 조건

• 입력으로 주어진 수열이 내림차순으로 정렬된 결과를 공백으로 구분하여 출력한다.
• 동일한 수의 순서는 자유롭게 출력해도 괜찮다.

🔑 풀이

입력받은 후 Arrays.sort를 이용하여 내림차순 정렬하고 차례대로 출력한다.

import java.util.*;

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		// 입력 
		Scanner scan = new Scanner(System.in);
		int N = scan.nextInt();
		Integer[] arr = new Integer[N];
		for (int i = 0; i < N; i++) {
			arr[i] = scan.nextInt();
		}
		
		// 정렬 
		Arrays.sort(arr, Collections.reverseOrder());

		// 출력 
		for (int i : arr)
			System.out.print(i);
	}
}

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📖 [예제 6-2] 성적이 낮은 순서로 학생 출력하기

문제

• N명의 학생 정보가 있다.
• 학생 정보는 학생의 이름과 학생의 성적으로 구분된다.
• 각 학생의 이름과 성적 정보가 주어졌을 때 성적이 낮은 순서대로 학생의 이름을 출력하는 프로그램을 작성하시오.

입력 조건

• 첫 번째 줄에 학생의 수 N이 입력된다. (1 <= N <= 100,000)
• 두 번째 줄부터 N + 1 번째 줄에는 학생의 이름을 나타내는 문자열 A와 학생의 성적을 나타내는 정수 B가 공백으로 구분되어 입력된다.
• 문자열 A의 길이와 학생의 성적은 100 이하의 자연수이다.

출력 조건

• 모든 학생의 이름을 성적이 낮은 순서대로 출력한다.
• 성적이 동일한 학생들의 순서는 자유롭게 출력해도 괜찮다.

🔑 풀이

HashMap을 사용하여 stream으로 정렬

import java.util.*;
import java.util.stream.Collectors;

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		// 입력
		Scanner scan = new Scanner(System.in);
		int N = scan.nextInt();
		HashMap<String, Integer> students = new HashMap<>();
		for (int i = 0; i < N; i++) {
			String name = scan.next();
			Integer score = scan.nextInt();
			students.put(name, score);
		}

		// value(성적) 기준 정렬
		List<Map.Entry<String, Integer>> entries = students.entrySet().stream().sorted(Map.Entry.comparingByValue())
				.collect(Collectors.toList());

		// 출력
		for (Map.Entry<String, Integer> e : entries) {
			System.out.println(e.getKey() + " " + e.getValue());
		}
	}
}

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📖 [예제 6-3] 두 배열의 원소 교체

문제

• 동빈이는 두 개의 배열 A와 B를 가지고 있다.
• 두 배열은 N개의 원소로 구성되어 있으며, 배열의 원소는 모두 자연수이다
• 동빈이는 최대 K 번의 바꿔치기 연산을 수행할 수 있는데,
• 바꿔치기 연산이란 배열 A에 있는 원소 하나와 배열 B에 있는 원소 하나를 골라서 두 원소를 서로 바꾸는 것을 말한다.
• 동빈이의 최종 목표는 배열 A의 모든 원소의 합이 최대가 되도록 하는 것이며, 여러분은 동빈이를 도와야한다.
• N, K, 그리고 배열 A와 B의 정보가 주어졌을 때, 최대 K 번의 바꿔치기 연산을 수행하여 만들 수 있는 배열 A의 모든 원소의 합의 최댓값을 출력하는 프로그램을 작성하시오.
• 예를 들어 N = 5, K = 3이고, 배열 A와 B가 다음과 같다고 하자.
  • 배열 A = [1, 2, 5, 4, 3]
  • 배열 B = [5, 5, 6, 6, 5]
• 이 경우, 다음과 같이 세 번의 연산을 수행할 수 있다.
  • 연산 1) 배열 A의 원소 '1'과 배열 B의 원소 '6'을 바꾸기
  • 연산 2) 배열 A의 원소 '2'와 배열 B의 원소 '6'을 바꾸기
  • 연산 3) 배열 A의 원소 '3'과 배열 B의 원소 '5'를 바꾸기
• 세 번의 연산 이후 배열 A와 배열 B의 상태는 다음과 같이 구성될 것이다.
  • 배열 A = [6, 6, 5, 4, 5]
  • 배열 B = [3, 5, 1, 2, 5]
• 이때 배열 A의 모든 원소의 합은 26이 되며, 이보다 더 합을 크게 만들 수는 없다.

입력 조건

• 첫 번째 줄에 N, K 가 공백으로 구분되어 입력된다. (1 <= N <= 100,000, 0 <= K <= N)
• 두 번째 줄에 배열 A의 원소들이 공백으로 구분되어 입력된다. 모든 원소는 10,000,000보다 작은 자연수이다.
• 세 번째 줄에 배열 B의 원소들이 공백으로 구분되어 입력된다. 모든 원소는 10,000,000보다 작은 자연수입니다.

출력 조건

• 최대 K번 바꿔치기 연산을 수행하여 만들 수 있는 배열 A의 모든 원소의 합의 최댓값을 출력한다.

🔑 풀이

1. N, K, A, B를 입력 받는다
2. A와 B를 각각 오름차순 정렬한다
3. A의 첫 번째 원소와 B의 마지막 원소를 교환한다( A 첫번째 원소가 더 작은 경우만)
4. K만큼 2,3을 반복한 후 A 원소들의 합을 구하여 출력한다

import java.util.*;

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		// 입력
		Scanner scan = new Scanner(System.in);
		int N = scan.nextInt();
		int K = scan.nextInt();
		int[] A = new int[N];
		int[] B = new int[N];
		for (int i = 0; i < N; i++)
			A[i] = scan.nextInt();
		for (int i = 0; i < N; i++)
			B[i] = scan.nextInt();

		// A의 최솟값과 B의 최댓값 교환
		for (int i = 0; i < K; i++) {
			Arrays.sort(A);
			Arrays.sort(B);
			if (A[0] < B[N - 1]) {
				int temp = A[0];
				A[0] = B[N - 1];
				B[N - 1] = temp;
			} else
				break;
		}

		// A 합 출력
		int answer = 0;
		for (int a : A)
			answer += a;

		System.out.println(answer);
	}
}