1. 简介
在Java中，处理字母和数字混合序列时，对字母数字字符串进行排序是一项常见任务。这在文件排序、数据库索引和UI显示格式化应用程序中尤其有用。
在本教程中，我们将探索使用Java对字母数字字符串和包含字母数字字符串的数组进行排序的不同方法。我们将从简单的字典排序开始，然后逐步学习涉及字符串数组的更高级的自然排序技术。
2. 问题定义
给定一个包含字母和数字的字符串，我们的目标是对其进行排序，同时保持其逻辑顺序。与纯粹的字典排序(根据ASCII值将所有数字放在字母之前)相反，更直观的方法是将数值视为整数，而不是单个数字。这种区别在文件名排序这样的用例中尤为重要，例如，“file1”、“file10”、“file3”应该按“file1”、“file3”、“file10”的顺序排列。
为了简单起见，在所有涉及字符串数组的情况下，我们都假设一种ALPHANUMERIC模式，这意味着每个字符串的字母在前，数字在后。
我们将探索不同的排序策略，首先讨论如何按字典顺序对单个字母数字字符串进行排序。然后，我们将过渡到数组排序技术，这种技术遵循自然数字顺序，并且不区分大小写。
3. 按字母数字顺序(字典顺序)对字符串进行排序
最简单的方法是将字符串转换为字符数组，然后使用Java的内置排序方法对其进行排序：
public static String lexicographicSort(String input) {
char[] stringChars = input.toCharArray();
Arrays.sort(stringChars);
return new String(stringChars);
}
在这里，我们将一个字符串作为输入，并根据ASCII对其进行排序，将数字放在大写字母之前。我们可以使用以下字符串作为输入来测试我们的实现-“C4B3A21”：
@Test void givenAlphanumericString_whenLexicographicSort_thenSortedLettersFirst() {
String stringToSort = "C4B3A21";
String sorted = AlphanumericSort.lexicographicSort(stringToSort);
assertThat(sorted).isEqualTo("1234ABC");
}
如上所示，我们得到了按“1234ABC”排序的输出，正如我们预期的那样。虽然这种方法对于基本排序很有效，但它无法将数字作为整数值处理，因此在文件名等情况下会导致排序错误。
4. 自然字母数字顺序的自定义排序
为了解决将数字作为单个字符进行字典排序的问题，我们引入了一个自定义Comparator，可以正确提取和比较数值：
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;
}
我们作为输入的字符串数组首先使用extractInt()辅助方法提取数值，并删除所有非数字字符。提取出的整数之间的差值决定了它们的顺序，我们可以看到，对于一个假设的文件名列表，其中字母在数字之前，我们得到了一个自然的排序：
@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]");
}
通过这种方法，我们确保了按数字而非字典顺序排序。但是，它无法处理大小写变化，我们将在下一节中讨论。
5. 对大小写字母数字字符串进行排序
为了解决不区分大小写的排序场景，同时仍保持字母数字顺序，我们改进了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;
}
在这个实现中，我们通过首先比较非数字前缀(忽略大小写)以不区分大小写的自然顺序对字母数字字符串数组进行排序，然后我们按数字部分(作为整数而不是按字符)对字符串进行排序，最后，我们使用字典顺序作为决胜因素来保留字符串的原始大小写顺序。
也使用适当的输入来测试我们的解决方案：
@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]");
}
我们获得一个正确排序的字符串数组，其中字符部分经过适当排序，然后是按自然顺序排列的数值。
6. 总结
我们探索了三种在Java中对字母数字字符串进行排序的方法，从基本的字典排序到使用自定义比较器和混合大小写处理的自然排序。最佳方法取决于具体需求，例如性能、顺序约束以及是否允许重复值。
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