JAVA手写算法 | 冒泡排序算法

JAVA手写算法 | 冒泡排序算法

目录

• • 原理
  • 排序演示
  • JAVA实现
  • 算法分析
  • 算法优化

冒泡排序（Bubble Sort）是一种基础的交换排序。

所谓交换排序就是通过元素的两两比较，判断是否符合要求，如果不符合则交换元素位置来达到排序的目的。冒泡排序因为交换的过程类似水冒泡而得名，小（大）的元素经过不断的交换由水底慢慢的浮到水的顶端。

原理

从第一个数开始，依次比较相邻的两个数，将小的数往后排，经过一轮排序最小的数会被冒泡至队尾，确定位置。按此方法，对未确定位置的元素再一轮比较，每轮确定一个数的位置，直到最后队列中所有数都确定自己的位置。

排序演示

假设有一个数组，内部元素为 3，4，1，5，2

第一轮排序

• 比较第 1 第 2 个元素：4 > 3，交换位置
• 比较第 2 第 3 个元素：1 < 3，不交换
• 比较第 3 第 4 个元素：5 > 1，交换位置
• 比较第 4 第 5 个元素：2 > 1，交换位置

经过第一轮排序后的数组为：4，3，5，2，1，数组最后位置的元素确定为数组最小的元素

第二轮排序

• 比较第 1 第 2 个元素：3 < 4，不交换
• 比较第 2 第 3 个元素：5 > 3，交换位置
• 比较第 3 第 4 个元素：2 < 3，不交换

经过第二轮排序后的数组为：4，5，3，2，1，确定数组最后两个位置的元素

第三轮排序

• 比较第 1 第 2 个元素：5 > 4，交换位置
• 比较第 2 第 3 个元素：3 < 4，不交换

经过第三轮排序后的数组为：5，4，3，2，1，确定数组最后三个位置的元素

第四轮排序

• 比较第 1 第 2 个元素：4 < 5，不交换

经过第四轮排序后的数组为：5，4，3，2，1，全部元素确定位置

JAVA实现

public class BubbleSort {

    public static void sort(int[] arr) {
        int len = arr.length - 1;
        for (int i = 0; i < len; i++) {
            for (int j = 0; j < len - i - 1; j++) {
                if (arr[j] < arr[j + 1]) {
                    int temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                }
                System.out.println("第" + (i+1) + "轮，第" + (j+1) + "次:" + print(arr));
            }
            System.out.println("第" + (i+1) + "轮:" + print(arr));
            System.out.println("---------------------------------");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[] { 3, 4, 1, 5, 2 };
        System.out.println("排序前:" + print(arr));
        sort(arr);
        System.out.println("排序后:" + print(arr));
    }

    private static String print(int[] arr) {
        return Arrays.stream(arr).mapToObj(String::valueOf).collect(Collectors.joining(" "));
    }

}

结果输出如下

排序前:3 4 1 5 2
第1轮，第1次:4 3 1 5 2
第1轮，第2次:4 3 1 5 2
第1轮，第3次:4 3 5 1 2
第1轮，第4次:4 3 5 2 1
第1轮结果:4 3 5 2 1
---------------------------------
第2轮，第1次:4 3 5 2 1
第2轮，第2次:4 5 3 2 1
第2轮，第3次:4 5 3 2 1
第2轮结果:4 5 3 2 1
---------------------------------
第3轮，第1次:5 4 3 2 1
第3轮，第2次:5 4 3 2 1
第3轮结果:5 4 3 2 1
---------------------------------
第4轮，第1次:5 4 3 2 1
第4轮结果:5 4 3 2 1
---------------------------------
排序后:5 4 3 2 1

算法分析 最好时间最坏时间平均时间额外空间稳定性O(n）O(n2)O(n2)1稳定

优缺点：

1、实现简单
2、即使正序，虽然不需要进行交换，但比较次数没有减少，通过优化可以实现 O(n) 的最好时间

算法优化

在上例中，第三轮其实就已经完成了排序，但程序依然需要进行第四轮比较，当一轮比较结束没有发生数据交换，就说明排序已经完成。

public class BubbleSort {

    public static void sort(int[] arr) {
        int len = arr.length - 1;
        for (int i = 0; i < len; i++) {
            // 设置一个标识位
            boolean flag = true;
            for (int j = 0; j < len - i - 1; j++) {
                if (arr[j] < arr[j + 1]) {
                    int temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                    // 如果发生数据交换，则转换标识位
                    flag = false;
                }
                System.out.println("第" + (i+1) + "轮，第" + (j+1) + "次:" + print(arr));
            }
            System.out.println("第" + (i+1) + "轮结果:" + print(arr));
            System.out.println("---------------------------------");
            // 如果一轮比较过后，没有发生数据交换，则跳出循环
            if (flag) {
                break;
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[] { 5, 4, 3, 2, 1 };
        System.out.println("排序前:" + print(arr));
        sort(arr);
        System.out.println("排序后:" + print(arr));
    }

    private static String print(int[] arr) {
        return Arrays.stream(arr).mapToObj(String::valueOf).collect(Collectors.joining(" "));
    }

}

输出结果如下，此时只进行一轮比较

排序前:5 4 3 2 1
第1轮，第1次:5 4 3 2 1
第1轮，第2次:5 4 3 2 1
第1轮，第3次:5 4 3 2 1
第1轮结果:5 4 3 2 1
---------------------------------
排序后:5 4 3 2 1