【数据结构与算法】冒泡排序

冒泡排序

冒泡排序（Bubble Sorting）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。

因为排序的过程中，各元素不断接近自己的位置，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标志 flag 判断元素是否进行过交换。从而减少不必要的比较。

基本代码：

public class BubbleSort {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {3, 9, -1, 10, -2};

        // 冒泡排序的时间复杂度O(n^2)
        int temp = 0; // 临时变量
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
                // 如果前面的数比后面的数大，则交换
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                }
            }
            System.out.println("第" + (i + 1) + "趟排序后的数组");
            System.out.println(Arrays.toString(arr));
            /*
            结果：
                第1趟排序后的数组
                [3, -1, 9, -2, 10]
                第2趟排序后的数组
                [-1, 3, -2, 9, 10]
                第3趟排序后的数组
                [-1, -2, 3, 9, 10]
                第4趟排序后的数组
                [-2, -1, 3, 9, 10]
             */
        }
    }
}

优化

• 如果我们发现在某趟排序中，没有发生一次交换，可以提前结束冒泡排序。

优化后代码：

public class BubbleSort {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {3, 9, -1, 10, -2};
        // 测试
        System.out.println("排序前：");
        System.out.println(Arrays.toString(arr)); // [3, 9, -1, 10, -2]

        bubbleSort(arr);
        System.out.println("排序后：");
        System.out.println(Arrays.toString(arr)); // [-2, -1, 3, 9, 10]
    }

    // 将前面的冒泡排序封装成方法
    public static void bubbleSort(int[] arr) {
        // 冒泡排序时间复杂度O(n^2)
        int temp = 0; // 临时变量
        boolean flag = false; // 标识变量，表示是否进行过交换
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
                // 如果前面的数比后面的数大，则交换
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    flag = true;
                    temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                }
            }
            if (!flag) { // 在一趟排序中，一次交换都没有发生过
                break;
            } else {
                flag = false; // 重置 flag，进行下次判断
            }
        }
    }
}

测试冒泡排序时间复杂度O(n^2)的速度

在作者设备上经过测试，80000 个数据的数组通过冒泡排序后的时间是 “9562ms”。

public static void main(String[] args) {
        // 测试一下冒泡排序的速度O(n^2)，给 80000 个数据测试
        int[] arr = new int[80000];
        for (int i = 0; i < 80000; i++) {
            arr[i] = (int) (Math.random()*8000000); // 生成一个 [0,8000000) 随机数
        }

        long start = System.currentTimeMillis();

        // 排序
        bubbleSort(arr);

        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("通过冒泡排序所用时间：" + (end - start)); // 9562ms
    }