冒泡排序

基本介绍

冒泡排序的基本思想是:通过对待排序序列从前向后(从下标较小的元素开始),依次比较相邻的元素,若发现逆序则交换,使值较大的元素逐渐从前移向后部,就想水底下的气泡一样逐渐向上冒.

优化:
因为在排序过程中个元素不断接近自己正确的位置,如果一趟比较下来没有进行过交换,就说明序列有序,因此要在排序过程中设置一个flag判断元素是否进行过交换.从而减少不必要的比较.

图解

• 一共进行了arr.length - 1次循环
• 每一趟排序的次数在逐渐减少
• 如果发现在某趟排序中,没有发生一次交换,可以提前介绍冒泡排序.

代码实现

直观,分趟实现

public class BubbleSort {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {3, 9, -1, 10, 20};
        System.out.println("原始数据:");
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
        //第一趟
        int temp = 0; // 用于交换的辅助变量
        for (int j = 0; j < arr.length - 1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
        System.out.println("第一趟排序后的结果:");
        System.out.println(Arrays.toString(arr));

        //第二趟
        for (int j = 0; j < arr.length - 1 - 1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
        System.out.println("第二趟排序后的结果:");
        System.out.println(Arrays.toString(arr));

        //第三趟
        for (int j = 0; j < arr.length - 1 - 2; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
        System.out.println("第三趟排序后的结果:");
        System.out.println(Arrays.toString(arr));

        //第四趟
        for (int j = 0; j < arr.length - 1 - 3; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
        System.out.println("第四趟排序后的结果:");
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}

原始数据:
[3, 9, -1, 10, 20]
第一趟排序后的结果:
[3, -1, 9, 10, 20]
第二趟排序后的结果:
[-1, 3, 9, 10, 20]
第三趟排序后的结果:
[-1, 3, 9, 10, 20]
第四趟排序后的结果:
[-1, 3, 9, 10, 20]

上面的代码,就是按照图解分析,分趟来完成的,直观显示了冒泡排序的原理,但是,如果数组非常大,那肯定是不能这样手动分趟完成的,观察上面的代码,我们发现一个规律,每趟修改的代码也就是for循环的第二个条件,而且还非常有规律,所以修改后的代码如下:

双重循环完成

public class BubbleSort {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {3, 9, -1, 10, 20};
        System.out.println("原始数据:");
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
        bubbleSort(arr);
    }

    private static void bubbleSort(int[] arr) {

        int temp = 0;//用于交换的辅助变量
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            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;
                }
            }
            System.out.printf("第%d次排序后的结果为:
",i+1);
            System.out.println(Arrays.toString(arr));
        }
    }
}

原始数据:
[3, 9, -1, 10, 20]
第1次排序后的结果为:
[3, -1, 9, 10, 20]
第2次排序后的结果为:
[-1, 3, 9, 10, 20]
第3次排序后的结果为:
[-1, 3, 9, 10, 20]
第4次排序后的结果为:
[-1, 3, 9, 10, 20]

但是,我们发现第3和4次排序的结果和第二次的一样,也就是说我们进行了一些不必要的排序

优化代码

因为在排序过程中个元素不断接近自己正确的位置,如果一趟比较下来没有进行过交换,就说明序列有序,因此要在排序过程中设置一个flag判断元素是否进行过交换.从而减少不必要的比较.

public class BubbleSort {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {3, 9, -1, 10, 20};
        System.out.println("原始数据:");
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
        bubbleSort(arr);
    }

    private static void bubbleSort(int[] arr) {
        boolean flag = false; // 用于判断代码一趟是否进行过交换,没有则表示已经排好序了,可以提前结束程序了
        int temp = 0;//用于交换的辅助变量
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
                if (arr[j] > arr[j+1]){
                    flag = true;
                    temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j+1];
                    arr[j+1] = temp;
                }
            }
            if (!flag){
                break;
            }else {
                flag = false;  //这里还需要把flag设置为false,因为进入else的结果中,flag是true
            }
            System.out.printf("第%d次排序后的结果为:
",i+1);
            System.out.println(Arrays.toString(arr));

        }
    }
}

原始数据:
[3, 9, -1, 10, 20]
第1次排序后的结果为:
[3, -1, 9, 10, 20]
第2次排序后的结果为:
[-1, 3, 9, 10, 20]

因为进行了双重for循环,所以时间复杂度为 (O(N^2))