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排序算法-冒泡排序

排序算法-冒泡排序
📅 发布时间:2026/7/11 10:49:39

冒泡排序

1、基本介绍

  1. 思路:

    通过对待排序序列从前向后(从小标较小的元素开始),依次比较相邻元素的值,若发现逆序则交换,使值较大的元素逐渐从前移向后部,就像水底下的气泡一样逐渐向上冒

  2. 原理:

    比较两个相邻的元素,将值大的元素交换至右端。

  3. 性能

    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)

2、举例

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:368291第二次排序:6和8比较,6小于8,不交换位置:368291第三次排序:8和2比较,8大于2,交换位置:362891第四次排序:8和9比较,8小于9,不交换位置:362891第五次排序:9和1比较:9大于1,交换位置:362819第一趟总共进行了5次比较, 排序结果:362819--------------------------------------------------------------------- 第二趟排序: 第一次排序:3和6比较,3小于6,不交换位置:362819第二次排序:6和2比较,6大于2,交换位置:326819第三次排序:6和8比较,6大于8,不交换位置:326819第四次排序:8和1比较,8大于1,交换位置:326189第二趟总共进行了4次比较, 排序结果:326189--------------------------------------------------------------------- 第三趟排序: 第一次排序:3和2比较,3大于2,交换位置:236189第二次排序:3和6比较,3小于6,不交换位置:236189第三次排序:6和1比较,6大于1,交换位置:231689第二趟总共进行了3次比较, 排序结果:231689--------------------------------------------------------------------- 第四趟排序: 第一次排序:2和3比较,2小于3,不交换位置:231689第二次排序:3和1比较,3大于1,交换位置:213689第二趟总共进行了2次比较, 排序结果:213689--------------------------------------------------------------------- 第五趟排序: 第一次排序:2和1比较,2大于1,交换位置:123689第二趟总共进行了1次比较, 排序结果:123689--------------------------------------------------------------------- 最终结果:123689---------------------------------------------------------------------

3、代码实现

第一版

publicclassBubbleSortNormal{6publicstaticvoidmain(String[]args){7int[]list={3,4,1,5,2};8inttemp=0;// 开辟一个临时空间, 存放交换的中间值9// 要遍历的次数10for(inti=0;i<list.length-1;i++){11System.out.format("第 %d 遍:\n",i+1);12//依次的比较相邻两个数的大小,遍历一次后,把数组中第i小的数放在第i个位置上13for(intj=0;j<list.length-1-i;j++){14// 比较相邻的元素,如果前面的数小于后面的数,就交换15if(list[j]<list[j+1]){16temp=list[j+1];17list[j+1]=list[j];18list[j]=temp;19}20System.out.format("第 %d 遍的第%d 次交换:",i+1,j+1);21for(intcount:list){22System.out.print(count);23}24System.out.println("");25}26System.out.format("第 %d 遍最终结果:",i+1);27for(intcount:list){28System.out.print(count);29}30System.out.println("\n#########################");31}32}33}
思路 外层循环:即主循环,需要辅助我们找到当前第 i 小的元素来让它归位。所以我们会一直遍历 n-2 次,这样可以保证前 n-1 个元素都在正确的位置上,那么最后一个也可以落在正确的位置上了。 内层循环:即副循环,需要辅助我们进行相邻元素之间的比较和换位,把大的或者小的浮到水面上。所以我们会一直遍历 n-1-i 次这样可以保证没有归位的尽量归位,而归位的就不用再比较了。 而上面的问题,出现的原因也来源于这两次无脑的循环,正是因为循环不顾一切的向下执行,所以会导致在一些特殊情况下得多余。例如5,4,3,1,2 的情况下,常规版会进行四次循环,但实际上第一次就已经完成排序了。

运行结果

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-q7cCwWoD-1616402033671)(https://t-images-1304141946.cos.ap-hongkong.myqcloud.com/blog/1378215-20190726141202260-350678717.png)]

优化一

publicclassBubbleSoerOpt1{6publicstaticvoidmain(String[]args){7int[]list={5,4,3,1,2};8inttemp=0;// 开辟一个临时空间, 存放交换的中间值9// 要遍历的次数10for(inti=0;i<list.length-1;i++){11intflag=1;//设置一个标志位12//依次的比较相邻两个数的大小,遍历一次后,把数组中第i小的数放在第i个位置上13for(intj=0;j<list.length-1-i;j++){14// 比较相邻的元素,如果前面的数小于后面的数,交换15if(list[j]<list[j+1]){16temp=list[j+1];17list[j+1]=list[j];18list[j]=temp;19flag=0;//发生交换,标志位置020}21}22System.out.format("第 %d 遍最终结果:",i+1);23for(intcount:list){24System.out.print(count);25}26System.out.println("");27if(flag==1){//如果没有交换过元素,则已经有序28return;29}3031}32}33}

运行结果:可以看到优化效果非常明显,比正常情况下少了两次的循环。

这个时候我们就来讨论一下上面留下的一个小地方!没错就是最优时间复杂度为O(n)的问题,我们在进行了这一次算法优化之后,就可以做到了。

当给我们一个数列,5,4,3,2,1,让我们从大到小排序。没错,这是已经排好序的啊,也就是说因为标志位的存在,上面的循环只会进行一遍,flag没有变成1,整个算法就结束了,这也就是 O(n) 的来历了!

优化二

​ 在冒泡排序中还有一个问题存在,就是第 i 趟排的第 i 小或者大的元素已经在第 i 位上了,甚至可能第 i-1 位也已经归位了,那么在内层循环的时候,有这种情况出现就会导致多余的比较出现。例如:6,4,7,5,1,3,2,当我们进行第一次排序的时候,结果为6,7,5,4,3,2,1,实际上后面有很多次交换比较都是多余的,因为没有产生交换操作。

解决:

我们可以想到,利用一个标志位,记录一下当前第 i 趟所交换的最后一个位置的下标,在进行第 i+1 趟的时候,只需要内循环到这个下标的位置就可以了,因为后面位置上的元素在上一趟中没有换位,这一次也不可能会换位置了。基于这个原因,我们可以进一步优化我们的代码。

publicclassBubbleSoerOpt2{6publicstaticvoidmain(String[]args){7int[]list={6,4,7,5,1,3,2};8intlen=list.length-1;9inttemp=0;// 开辟一个临时空间, 存放交换的中间值10inttempPostion=0;// 记录最后一次交换的位置11// 要遍历的次数12for(inti=0;i<list.length-1;i++){13intflag=1;//设置一个标志位14//依次的比较相邻两个数的大小,遍历一次后,把数组中第i小的数放在第i个位置上15for(intj=0;j<len;j++){16// 比较相邻的元素,如果前面的数小于后面的数,交换17if(list[j]<list[j+1]){18temp=list[j+1];19list[j+1]=list[j];20list[j]=temp;21flag=0;//发生交换,标志位置022tempPostion=j;//记录交换的位置23}24System.out.format("第 %d 遍第%d 趟结果:",i+1,j+1);25for(intcount:list){26System.out.print(count);27}28System.out.println("");29}30len=tempPostion;//把最后一次交换的位置给len,来缩减内循环的次数31System.out.format("第 %d 遍最终结果:",i+1);32for(intcount:list){33System.out.print(count);34}35System.out.println("");36if(flag==1){//如果没有交换过元素,则已经有序37return;38}3940}41}42}

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