手把手教你用Java实现冒泡排序（含优化技巧与原理图解）

Java实现冒泡排序及优化技巧

最新推荐文章于 2025-09-15 13:50:24 发布

原创最新推荐文章于 2025-09-15 13:50:24 发布 · 447 阅读

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冒泡排序是算法世界中最经典的排序算法之一，其简洁的思想使其成为每个程序员的必修课

冒泡排序（Bubble Sort）作为一种基础的排序算法，是每个Java开发者必须掌握的核心知识。本文将带你深入浅出地理解冒泡排序的原理，并通过清晰的Java代码实现和逐步优化，让你彻底掌握这一经典算法。

一、冒泡排序算法原理

冒泡排序的核心思想是：通过重复比较相邻的两个元素，并根据排序方向交换它们的位置，使最大（或最小）的元素逐渐“冒泡”到数组的末端。这一过程会不断重复，直到整个数组变得有序。

排序过程图解（升序为例）

假设我们有一个数组 [5, 3, 8, 1]，其排序过程如下：

第一轮冒泡：
- 比较5和3 → 交换 → [3, 5, 8, 1]
- 比较5和8 → 不交换
- 比较8和1 → 交换 → [3, 5, 1, 8]
- 结果：最大值8已到末尾
第二轮冒泡：
- 比较3和5 → 不交换
- 比较5和1 → 交换 → [3, 1, 5, 8]
- 结果：次大值5已到正确位置
第三轮冒泡：
- 比较3和1 → 交换 → [1, 3, 5, 8]
- 结果：数组完全有序

二、Java基础实现

下面是冒泡排序的基础Java实现代码，包含详细注释：

public class BubbleSort {
    
    public static void bubbleSort(int[] arr) {
        // 获取数组长度
        int n = arr.length;
        
        // 外层循环：控制排序轮数（需要n-1轮）
        for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
            // 内层循环：进行相邻元素比较和交换
            for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++) {
                // 如果前一个元素大于后一个元素（升序排序）
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    // 交换相邻元素
                    int temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
        System.out.println("原始数组: " + Arrays.toString(arr));
        
        bubbleSort(arr);
        
        System.out.println("排序后数组: " + Arrays.toString(arr));
    }
}

代码关键点解析：

外层循环：控制排序轮数，共执行n-1次（n为数组长度）
内层循环：每轮比较相邻元素，范围逐渐减小（n-1-i）
比较与交换：如果arr[j] > arr[j+1]，执行交换操作
排序方向：将比较条件改为arr[j] < arr[j+1]即可实现降序排序

三、冒泡排序的优化策略

基础实现虽然简单，但在某些情况下效率较低。以下是两种常用优化方法：

优化1：添加交换标志（提前终止）

通过引入swapped标志位，当某一轮没有发生任何交换时，说明数组已经有序，可以提前结束排序。

public static void optimizedBubbleSort(int[] arr) {
    int n = arr.length;
    boolean swapped; // 交换标志
    
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
        swapped = false; // 每轮开始前重置标志
        
        for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                // 交换元素
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
                swapped = true; // 标记发生交换
            }
        }
        
        // 如果没有发生交换，提前结束排序
        if (!swapped) {
            break;
        }
    }
}

优化2：记录最后交换位置

记录每次遍历中最后一次交换的位置，该位置之后的元素在下一轮排序中无需再比较。

public static void advancedBubbleSort(int[] arr) {
    int n = arr.length;
    int lastSwappedIndex = n - 1; // 初始化最后交换位置
    
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
        boolean swapped = false;
        int currentSwap = -1; // 记录当前轮的最后交换位置
        
        for (int j = 0; j < lastSwappedIndex; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
                swapped = true;
                currentSwap = j; // 更新最后交换位置
            }
        }
        
        // 更新下一轮的比较范围
        if (currentSwap >= 0) {
            lastSwappedIndex = currentSwap;
        }
        
        // 没有交换则提前结束
        if (!swapped) {
            break;
        }
    }
}