排序算法——冒泡排序

一、基本介绍

　　冒泡排序（Bubble Sorting）的基本思想是：

　　　　通过对待排序列从前向后（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，就像水底的气泡一样逐渐向上冒。

二、演示冒泡过程的例子（图解）

　　

 　　　总结图解过程：

　　　　（1）一共进行 数组的大小-1 次 大的循环

　　　　（2）每一趟排序的次数在逐渐的减少

　　　　（3）如果发现在某趟排序中，没有发生一次交换，可以提前结束冒泡排序，这就是优化。

三、冒泡排序实现

　　将五个无序的数：3,9，-1,10，-2 使用冒泡排序法将其排成一个从小到大的有序数列。

　　演变过程：

        int[] arr = {3, 9, -1, 10, -2};
　　　　 int temp = 0;  //临时变量，用于交换数据
        
        //第一趟排序，就是将最大的数排在最后
        for (int j = 0; j < arr.length - 1 - 0; j++) {
            // 如果前面的数比后面的数大，进行交换
            if (arr[j] > arr[j+1]) {
                temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j+1];
                arr[j+1] = temp;
            }
        }
        System.out.println("第一趟排序结果：" + Arrays.toString(arr));
        
        
        //第二趟排序，就是把第二大的数排在倒数第二位
        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("第二趟排序结果：" + Arrays.toString(arr));
        
        //第三趟排序，就是把第三大的数排在倒数第三位
        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("第三趟排序结果：" + Arrays.toString(arr));
        
        //第四趟排序，就是把第四大的数排在倒数第四位
        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("第四趟排序结果：" + Arrays.toString(arr));

　　封装成一个方法：

    // 将前面的冒泡排序算法，封装成一个方法
    // 冒泡排序的时间复杂度为 O(n^2)
    public static void bubbleSort(int[] arr) {
        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，进行交换
                if (arr[j] > arr[j+1]) {
                    temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j+1];
                    arr[j+1] = temp;
                }
            }
            
            System.out.println("第"+(i+1)+"趟排序结果：" + Arrays.toString(arr));
        }
    }

　　测试：

public class BubbleSort {

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {3, 9, -1, 10, -2};
        
        // 测试一下冒泡排序的速度O(n^2)，给80000个数据，测试
        // 创建要给 80000 个随机的数组
        int[] arr2 = new int[80000];
        for(int i = 0;i < 80000;i++) {
            arr2[i] = (int)(Math.random()*80000);
        }
        
        Date date1 = new Date();
        SimpleDateFormat format = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        String date1String = format.format(date1);
        System.out.println("排序前的时间是="+date1String);
        
        //测试冒泡排序
        bubbleSort(arr2);
        
        
        Date date2 = new Date();
        String date2String = format.format(date2);
        System.out.println("排序后的时间是="+date2String);
}

　　

　　可以看出冒泡排序对80000个数据进行排序，大概需要20秒左右的时间。

 四、优化

　　优化：

　　　　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。

　　　　

　　　　对于上面的排序可以发现，在第三趟排序的时候就已经是有序的，这时就可以跳出循环。所以可以标识一个变量，当某一趟排序时不再交换，这时就排序完成了。

　　　　优化后的代码：

　　//优化
    public static void bubbleSort2(int[] arr) {
        int temp = 0;  //临时变量
        boolean flag = false;   //定义一个标识变量，标识是否进行过交换
        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，进行交换
                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;
            }
            
            System.out.println("第"+(i+1)+"趟排序结果：" + Arrays.toString(arr));
        }
    }