一篇文章彻底理解冒泡算法

原理:比较两个相邻的元素,将值大的元素交换至右端。

思路:依次比较相邻的两个数,将小数放在前面,大数放在后面。即在第一趟:首先比较第1个和第2个数,将小数放前,大数放后。然后比较第2个数和第3个数,将小数放前,大数放后,如此继续,直至比较最后两个数,将小数放前,大数放后。重复第一趟步骤,直至全部排序完成。

举例说明:要排序数组:int[] arr={6,3,8,2,9,1};

第一趟排序:

第一次排序:6和3比较,6大于3,交换位置: 3 6 8 2 9 1

第二次排序:6和8比较,6小于8,不交换位置:3 6 8 2 9 1

第三次排序:8和2比较,8大于2,交换位置: 3 6 2 8 9 1

第四次排序:8和9比较,8小于9,不交换位置:3 6 2 8 9 1

第五次排序:9和1比较:9大于1,交换位置: 3 6 2 8 1 9

第一趟总共进行了5次比较, 排序结果: 3 6 2 8 1 9


第二趟排序:

第一次排序:3和6比较,3小于6,不交换位置:3 6 2 8 1 9

第二次排序:6和2比较,6大于2,交换位置: 3 2 6 8 1 9

第三次排序:6和8比较,6大于8,不交换位置:3 2 6 8 1 9

第四次排序:8和1比较,8大于1,交换位置: 3 2 6 1 8 9

第二趟总共进行了4次比较, 排序结果: 3 2 6 1 8 9


第三趟排序:

第一次排序:3和2比较,3大于2,交换位置: 2 3 6 1 8 9

第二次排序:3和6比较,3小于6,不交换位置:2 3 6 1 8 9

第三次排序:6和1比较,6大于1,交换位置: 2 3 1 6 8 9

第二趟总共进行了3次比较, 排序结果: 2 3 1 6 8 9


第四趟排序:

第一次排序:2和3比较,2小于3,不交换位置:2 3 1 6 8 9

第二次排序:3和1比较,3大于1,交换位置: 2 1 3 6 8 9

第二趟总共进行了2次比较, 排序结果: 2 1 3 6 8 9


第五趟排序:

第一次排序:2和1比较,2大于1,交换位置: 1 2 3 6 8 9

第二趟总共进行了1次比较, 排序结果: 1 2 3 6 8 9


最终结果:1 2 3 6 8 9


总结上面:6个数进行排序 总共比较了5趟 ,每趟比较完毕最后一个是此趟的最大值,下一趟会少比一次。故第一趟比较5此 第二趟比较4此 第三趟比较三次... 第五堂比较1此(可以知道 第i趟比较n-i次)

发现规律:N个数字要排序完成,总共进行N-1趟排序,每i趟的排序次数为(N-i)次,所以可以用双重循环语句,外层控制循环多少趟,内层控制每一趟的循环次数。

完整代码举例

import org.junit.Test;

public class Bubble {

    // Junit测试
    @Test
    public void T() {
        // 定义一组要进行比较的数
        int[] arr = { 15, 3, 6, 20, 1, 7 };

        System.out.println("排序前");
        for (int i : arr) {
            System.out.print("   " + i);
        }
        System.out.println();

        BubbleSort(arr);
    }

    // 冒泡排序算法
    public void BubbleSort(int[] arr) {
        // 外层循环比较躺数 n个数总共比较n-1 次就比较完成
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            // 内层循环比较每趟内部的 两数比较次数 每i趟比较n-i次 
            for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
                
                // 比较两个数 小的放前面
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    int temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                }
            }
        }

        System.out.println("排序后");
        for (int i : arr) {
            System.out.print("   " + i);
        }

    }

}

结果:


image.png

收获:

冒泡排序的优点:每进行一趟排序,就会少比较一次,因为每进行一趟排序都会找出一个较大值。如上例:第一趟比较之后,排在最后的一个数一定是最大的一个数,第二趟排序的时候,只需要比较除了最后一个数以外的其他的数,同样也能找出一个最大的数排在参与第二趟比较的数后面,第三趟比较的时候,只需要比较除了最后两个数以外的其他的数,以此类推……也就是说,没进行一趟比较,每一趟少比较一次,一定程度上减少了算法的量。

优化:
针对问题:
数据的顺序排好之后,冒泡算法仍然会继续进行下一轮的比较,直到arr.length-1次,后面的比较没有意义的。

方案:
设置标志位flag,如果发生了交换flag设置为true;如果没有交换就设置为false。
这样当一轮比较结束后如果flag仍为false,即:这一轮没有发生交换,说明数据的顺序已经排好,没有必要继续进行下去。


public static void BubbleSort(int [] arr){
        
        int temp;//临时变量
        boolean flag;//是否交换的标志
        for(int i=0; i<arr.length-1; i++){   //表示趟数,一共arr.length-1次。
            
            flag = false;
            for(int j=0; j<arr.length-1-i; j++){
                
                if(arr[j] < arr[j-1]){
                    temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j-1];
                    arr[j-1] = temp;
                    flag = true;
                }
            }
            if(!flag) break;
        }
    }


摘抄补充:
用时间复杂度来说:

1.如果我们的数据正序,只需要走一趟即可完成排序。所需的比较次数C和记录移动次数M均达到最小值,即:Cmin=n-1;Mmin=0;所以,冒泡排序最好的时间复杂度为O(n)。

2.如果很不幸我们的数据是反序的,则需要进行n-1趟排序。每趟排序要进行n-i次比较(1≤i≤n-1),且每次比较都必须移动记录三次来达到交换记录位置。在这种情况下,比较和移动次数均达到最大值:

冒泡排序的最坏时间复杂度为:O(n2)

综上所述:冒泡排序总的平均时间复杂度为:O(n2)

<完!>

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