在 Java 中對字母數字字串進行排序

1. 簡介

在處理數字和字母混合序列時，對字母數字字串進行排序是 Java 中的常見任務。這在檔案排序、資料庫索引和 UI 顯示格式化應用程式中特別有用。

在本教程中，我們將探索使用 Java 對字母數字字串和包含字母數字字串的陣列進行排序的不同方法。我們將從簡單的字典排序開始，然後轉向涉及字串陣列的更高級的自然排序技術。

2.問題定義

給定一個包含字母和數字的字串，我們的目標是對其進行排序同時保持邏輯順序。與純粹的字典排序相反，我們根據 ASCII 值將所有數字放在字母之前，更直觀的方法是將數值視為整數而不是單個數字。當我們有諸如對檔案名稱進行排序之類的用例時，這種區別變得尤為重要，即“file1”，“file10”，“file3”應按“file1”，“file3”，“file10”的順序排列。

為了簡單起見，在所有涉及字串陣列的情況下，我們都假設一種 ALPHANUMERIC 模式，這意味著每個字串的字母在前，數字在後。

我們將首先討論如何按字典順序對單個字母數字字串進行排序，從而探索不同的排序策略。然後，我們將轉向數組排序技術，該技術尊重自然數字順序和不區分大小寫。

3. 依字母順序（字典順序）對字串進行排序

最簡單的方法是將字串轉換為字元數組，然後使用 Java 的內建排序方法對其進行排序：

public static String lexicographicSort(String input) {

 char[] stringChars = input.toCharArray();

 Arrays.sort(stringChars);

 return new String(stringChars);

 }

在這裡，我們將一個字串作為輸入並根據 ASCII 對其進行排序，將數字放在大寫字母之前。我們可以使用以下字串作為輸入來測試我們的實作 - “C4B3A21”：

@Test void givenAlphanumericString_whenLexicographicSort_thenSortedLettersFirst() {

 String stringToSort = "C4B3A21";

 String sorted = AlphanumericSort.lexicographicSort(stringToSort);

 assertThat(sorted).isEqualTo("1234ABC");

 }

如上所示，我們得到了按“1234ABC”排序的輸出，正如我們預期的那樣。雖然對於基本排序有效，但此方法不將數字作為整數值處理，從而導致檔案名稱等情況下的排序不正確。

4. 自然字母數字順序的自訂排序

為了解決按字典順序排序將數字視為單一字元的問題，我們引入了一個自訂Comparator ，可以正確提取和比較數值：

public static String[] naturalAlphanumericSort(String[] arrayToSort) {

 Arrays.sort(arrayToSort, new Comparator<String>() {

 @Override

 public int compare(String s1, String s2) {

 return extractInt(s1) - extractInt(s2);

 }



 private int extractInt(String str) {

 String num = str.replaceAll("\\D+", "");

 return num.isEmpty() ? 0 : Integer.parseInt(num);

 }

 });

 return arrayToSort;

 }

我們作為輸入的字串陣列首先提取數字值，並使用extractInt()輔助方法刪除所有非數字字元。提取的整數之間的差異決定了它們的順序。我們可以看到，對於一個假設的檔案名稱列表，其中字母位於數字之前，我們得到一個自然的排序：

@Test

 void givenAlphanumericArrayOfStrings_whenNaturalAlphanumericSort_thenSortNaturalOrder() {

 String[] arrayToSort = {"file2", "file10", "file0", "file1", "file20"};

 String[] sorted = AlphanumericSort.naturalAlphanumericSort(arrayToSort);

 assertThat(Arrays.toString(sorted)).isEqualTo("[file0, file1, file2, file10, file20]");

 }

透過這種方法，我們可以確保排序是按數字而不是字典順序進行的。但是，它不處理大小寫變化，我們將在下一節中討論。

5. 對大小寫字母數字字串進行排序

為了解決不區分大小寫的排序場景，同時仍保持字母數字順序，我們改進了Comparator ：

public static String[] naturalAlphanumericCaseInsensitiveSort(String[] arrayToSort) {

 Arrays.sort(arrayToSort, Comparator.comparing((String s) -> s.replaceAll("\\d", "").toLowerCase())

 .thenComparingInt(s -> {

 String num = s.replaceAll("\\D+", "");

 return num.isEmpty() ? 0 : Integer.parseInt(num);

 }).thenComparing(Comparator.naturalOrder()));

 return arrayToSort;

 }

在這個實作中，我們首先比較非數字前綴（忽略大小寫），以不區分大小寫的自然順序對字母數字字串數組進行排序，然後按數字部分（作為整數而不是按字元）對字串進行排序，最後，我們使用字典順序作為決勝局，以保留字串的原始大小寫順序。

我們也用適當的輸入來測試我們的解決方案：

@Test

 void givenAlphanumericArrayOfStrings_whenAlphanumericCaseInsensitiveSort_thenSortNaturalOrder() {

 String[] arrayToSort = {"a2", "A10", "b1", "B3", "A2"};

 String[] sorted = AlphanumericSort.naturalAlphanumericCaseInsensitiveSort(arrayToSort);

 assertThat(Arrays.toString(sorted)).isEqualTo("[A2, a2, A10, b1, B3]");

 }

我們獲得一個正確排序的字串數組，其中字元部分按適當順序排序，後面跟著按自然順序排列的數值。

6. 結論

我們探索了在 Java 中對字母數字字串進行排序的三種方法，從基本的字典排序到使用自訂比較器和混合大小寫處理的自然排序。最佳方法取決於特定要求，例如效能、順序約束以及是否允許重複值。

本文的完整原始碼可以在 GitHub 上找到。