起泡排序

本文详细介绍了冒泡排序算法的工作原理及实现过程。通过观察有序或无序序列中的相邻元素顺序,利用扫描交换的方式逐步将最大元素移动到序列末尾,最终实现整个序列的非降序排列。

问题:给定n个整数,将他们按(非降)序排列
观察:有序/无序的序列中,任意/总有一对相邻元素顺序/逆序
扫描交换:一次比较每一对相邻元素,如有必要,交换之。若整趟扫描都没有进行交换,则排序完成;否则,再做一趟扫描交换。

void bubblesort(int A[],int n) {//将进一步改进
for (bool sorted = false; sortedorted; n--)//逐趟扫描交换,直至完全有序
for (int i = 1; i < n; i++)//自左向右,逐对检查A[0,n)内各相邻元素
if (A[i-1] > A[i]){ //若逆序,则
swap(A[i-1],A[i]);//令其互换,同时
sorted = false;//清除(全局)有序标志


不变性:经k轮扫描交换后,最大的k个元素必然就位
单调性:经k轮扫描交换后,问题规模缩减至n-k
正确性:经至多n趟扫描后,算法必然终止,且能给出正确解答

起泡排序,也称为冒泡排序,是一种简单的排序算法,其原理、实现和应用如下: ### 原理 起泡排序的基本思想是通过重复遍历要排序的数列,一次比较两个元素,如果它们的顺序错误就把它们交换过来,通过相邻元素的比较和交换,逐渐将最大(或最小)的元素冒泡到数列的一端[^1][^3]。 ### 实现 以下是两种不同语言和实现方式的起泡排序代码示例: #### C++实现(无标志位优化) ```cpp #include <iostream> // 交换两个元素的函数 void Swap(int* a, int* b) { int temp = *a; *a = *b; *b = temp; } // 冒泡排序函数 void BubbleSort(int* arr, int n) { int i = 0; int j = 0; for (i = 0; i < n - 1; i++) { for (j = 0; j < n - i - 1; j++) { if (arr[j] > arr[j + 1]) { Swap(&arr[j], &arr[j + 1]); // 如果前一个元素比后一个元素的关键码大则交换两个元素 } } } } int main() { int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90}; int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); BubbleSort(arr, n); std::cout << "Sorted array: \n"; for (int i = 0; i < n; i++) { std::cout << arr[i] << " "; } std::cout << std::endl; return 0; } ``` #### C语言实现(带标志位优化) ```c #include <stdio.h> // 冒泡排序函数 void Bubble_Sort(unsigned short *Data, unsigned char Count) { unsigned char i = 0, j = 0, Flag = 0; unsigned short temp; for (i = 0; i < Count - 1; i++) { for (j = 0; j < Count - 1 - i; j++) { if (Data[j] > Data[j + 1]) { temp = Data[j]; Data[j] = Data[j + 1]; Data[j + 1] = temp; Flag = 1; } } if (Flag == 0) { break; } else { Flag = 0; } } } int main() { unsigned short arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90}; unsigned char n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); Bubble_Sort(arr, n); printf("Sorted array: \n"); for (int i = 0; i < n; i++) { printf("%hu ", arr[i]); } printf("\n"); return 0; } ``` ### 应用 起泡排序虽然效率相对较低,但其实现简单易懂,因此有特定的应用场景: - **小规模数据排序**:在数据量较小的情况下,起泡排序的性能损失不明显,且实现简单,因此可以使用它进行排序[^1][^3]。 - **教学和理解排序算法**:由于其原理简单,是理解排序算法的入门之选,常用于教学中帮助学生理解排序算法的基本原理[^3]。 - **部分排序数据**:对于已经部分有序的数据,起泡排序可以较快地完成排序,特别是使用标志位优化后,可以提前结束不必要的比较过程[^3][^4]。
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