排序算法之冒泡排序及其时间复杂度和空间复杂度

最新推荐文章于 2023-08-24 09:48:29 发布

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本文深入讲解冒泡排序算法，包括其基本步骤、代码实现及时间、空间复杂度分析。通过实例展示冒泡排序过程，探讨最优及最差情况下的性能表现。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

冒泡排序（Bubble Sort），是一种计算机科学领域的较简单的排序算法。它重复地走访过要排序的数列，一次比较两个元素，如果他们的顺序错误就把他们交换过来。走访数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换，也就是说该数列已经排序完成。这个算法的名字由来是因为越大的元素会经由交换慢慢“浮”到数列的顶端，故名。
算法分析
冒泡排序算法是所有排序算法中最简单的（前面也提到过），在生活中应该也会看到气泡从水里面出来时，越到水面上气泡就会变的越大。在物理上学气压的时候好像也看到过这种现象；其实理解冒泡排序就可以根据这种现象来理解：每一次遍历，都把大的往后面排（当然也可以把小的往后面排），所以每一次都可以把无序中最大的（最小）的元素放到无序的最后面（或者说有序元素的最开始）；
基本步骤：

外循环是遍历每个元素，每次都放置好一个元素；
内循环是比较相邻的两个元素，把大的元素交换到后面；
等到第一步中循环好了以后也就说明全部元素排序好了；

代码实现

 #include<stdio.h>
 //打印数组元素
 void print_array(int *array, int length)
 {
     int index = 0;
     printf("array:\n");
     for(; index < length; index++){
         printf(" %d,", *(array+index));
     }   
     printf("\n\n");
 }
 
 void bubbleSort(int array[], int length)
 {
     int i, j, tmp;
     
     if (1 >= length) return;// 判断参数条件
 
     for (i = length-1; i > 0; i--){//外循环，循环每个元素
         for (j = 0; j < i; j++){  // 内循环，
             if (array[j] > array[j+1]){// 交换相邻的两个元素
                 tmp        = array[j];
                 array[j]   = array[j+1];
                 array[j+1] = tmp;
             }   
         }   
     }   
 }
 
 int main(void)
 {
     int array[12] = {1,11,12,4,2,6,9,0,3,7,8,2};
     print_array(array, 12);
     bubbleSort(array, 12);
     print_array(array, 12);
     return 0;
 }
--------------------- 
作者：常赛峥
来源：优快云 
原文：https://blog.youkuaiyun.com/YuZhiHui_No1/article/details/44339711 
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运行结果：
在这里插入图片描述
时间复杂度
这个时间复杂度还是很好计算的：外循环和内循环以及判断和交换元素的时间开销；
最优的情况也就是开始就已经排序好序了，那么就可以不用交换元素了，则时间花销为：[ n(n-1) ] / 2；所以最优的情况时间复杂度为：O( n^2 )；
最差的情况也就是开始的时候元素是逆序的，那么每一次排序都要交换两个元素，则时间花销为：[ 3n(n-1) ] / 2；（其中比上面最优的情况所花的时间就是在于交换元素的三个步骤）；所以最差的情况下时间复杂度为：O( n^2 )；
综上所述：
最优的时间复杂度为：O( n^2 ) ；有的说 O(n)，下面会分析这种情况；
最差的时间复杂度为：O( n^2 )；
平均的时间复杂度为：O( n^2 )；

空间复杂度
空间复杂度就是在交换元素时那个临时变量所占的内存空间；
最优的空间复杂度就是开始元素顺序已经排好了，则空间复杂度为：0；
最差的空间复杂度就是开始元素逆序排序了，则空间复杂度为：O(n)；
平均的空间复杂度为：O(1)；

最优时间复杂度 n
有很多人说冒泡排序的最优的时间复杂度为：O(n)；其实这是在代码中使用一个标志位来判断是否已经排序好的，修改下上面的排序代码：

 void bubbleSort(int array[], int length)
 {
     int i, j, tmp;
     int flag = 1;
     
     if (1 >= length) return;
 
     for (i = length-1; i > 0; i--, flag = 1){ 
         for (j = 0; j < i; j++){
             if (array[j] > array[j+1]){
                 tmp        = array[j];
                 array[j]   = array[j+1];
                 array[j+1] = tmp;
                 flag = 0;
             }   
         }   
         if (flag) break;
     }   
 }

根据上面的代码可以看出，如果元素已经排序好，那么循环一次就直接退出。或者说元素开始就已经大概有序了，那么这种方法就可以很好减少排序的次数；其实我感觉这种方法也有弊端，比如要额外的判断下，以及赋值操作；