• Java排序算法之冒泡排序


    一、算法原理

      原理:比较两个相邻的元素,将值大的元素交换至右端。

      思路:依次比较相邻的两个数,将小数放在前面,大数放在后面。即在第一趟:首先比较第1个和第2个数,将小数放前,大数放后。然后比较第2个数和第3个数,将小数放前,大数放后,如此继续,直至比较最后两个数,将小数放前,大数放后。重复第一趟步骤,直至全部排序完成。

      第一趟比较完成后,最后一个数一定是数组中最大的一个数,所以第二趟比较的时候最后一个数不参与比较;

      第二趟比较完成后,倒数第二个数也一定是数组中第二大的数,所以第三趟比较的时候最后两个数不参与比较;

      依次类推,每一趟比较次数-1;

      ……

    二、举例说明

    要排序数组:int[] arr={6,3,8,2,9,1};   

    第一趟排序:

      第一次排序:6和3比较,6大于3,交换位置:  3  6  8  2  9  1

      第二次排序:6和8比较,6小于8,不交换位置:3  6  8  2  9  1

      第三次排序:8和2比较,8大于2,交换位置:  3  6  2  8  9  1

      第四次排序:8和9比较,8小于9,不交换位置:3  6  2  8  9  1

      第五次排序:9和1比较:9大于1,交换位置:  3  6  2  8  1  9

      第一趟总共进行了5次比较, 排序结果:      3  6  2  8  1  9

    ---------------------------------------------------------------------

    第二趟排序:

      第一次排序:3和6比较,3小于6,不交换位置:3  6  2  8  1  9

      第二次排序:6和2比较,6大于2,交换位置:  3  2  6  8  1  9

      第三次排序:6和8比较,6大于8,不交换位置:3  2  6  8  1  9

      第四次排序:8和1比较,8大于1,交换位置:  3  2  6  1  8  9

      第二趟总共进行了4次比较, 排序结果:      3  2  6  1  8  9

    ---------------------------------------------------------------------

    第三趟排序:

      第一次排序:3和2比较,3大于2,交换位置:  2  3  6  1  8  9

      第二次排序:3和6比较,3小于6,不交换位置:2  3  6  1  8  9

      第三次排序:6和1比较,6大于1,交换位置:  2  3  1  6  8  9

      第二趟总共进行了3次比较, 排序结果:         2  3  1  6  8  9

    ---------------------------------------------------------------------

    第四趟排序:

      第一次排序:2和3比较,2小于3,不交换位置:2  3  1  6  8  9

      第二次排序:3和1比较,3大于1,交换位置:  2  1  3  6  8  9

      第二趟总共进行了2次比较, 排序结果:        2  1  3  6  8  9

    ---------------------------------------------------------------------

    第五趟排序:

      第一次排序:2和1比较,2大于1,交换位置:  1  2  3  6  8  9

      第二趟总共进行了1次比较, 排序结果:  1  2  3  6  8  9

    ---------------------------------------------------------------------

    最终结果:1  2  3  6  8  9

      由此可见:N个数字要排序完成,总共进行N-1趟排序,每i趟的排序次数为(N-i)次,所以可以用双重循环语句,外层控制循环多少趟,内层控制每一趟的循环次数。

    三、算法优点及时间复杂度

      冒泡排序的优点:每进行一趟排序,就会少比较一次,因为每进行一趟排序都会找出一个较大值。如上例:第一趟比较之后,排在最后的一个数一定是最大的一个数,第二趟排序的时候,只需要比较除了最后一个数以外的其他的数,同样也能找出一个最大的数排在参与第二趟比较的数后面,第三趟比较的时候,只需要比较除了最后两个数以外的其他的数,以此类推……也就是说,没进行一趟比较,每一趟少比较一次,一定程度上减少了算法的量。

      用时间复杂度来说:

      1.如果我们的数据正序,只需要走一趟即可完成排序。所需的比较次数C和记录移动次数M均达到最小值,即:Cmin=n-1;Mmin=0;所以,冒泡排序最好的时间复杂度为O(n)。

      2.如果很不幸我们的数据是反序的,则需要进行n-1趟排序。每趟排序要进行n-i次比较(1≤i≤n-1),且每次比较都必须移动记录三次来达到交换记录位置。在这种情况下,比较和移动次数均达到最大值:

      

      冒泡排序的最坏时间复杂度为:O(n2) 。

      综上所述:冒泡排序总的平均时间复杂度为:O(n2) 。

    四、算法实现

     1 package recursion;
     2 
     3 import java.util.Arrays;
     4 
     5 /**
     6  * @author zsh
     7  * @company wlgzs
     8  * @create 2019-02-17 8:31
     9  * @Describe 冒泡排序实现算法
    10  */
    11 public class BubbleSort {
    12 
    13     static int[] bubbleSort(int[] arr){
    14         //外层循环执行N-1趟
    15         for (int i = 0; i < arr.length -1; i++) {
    16             //内层循环执行N-1-i趟
    17             for (int j = 0; j < arr.length -1 -i ; j++) {
    18                 //如果数组前一个元素比后一个元素的值大,交换
    19                 if (arr[j] > arr[j+1]){
    20                     int temp = arr[j+1];
    21                     arr[j+1] = arr[j];
    22                     arr[j] = temp;
    23                 }
    24             }
    25         }
    26         return arr;
    27     }
    28 
    29     public static void main(String[] args) {
    30         int[] arr = new int[]{6,3,8,2,9,1};
    31         System.out.println(Arrays.toString(bubbleSort(arr)));
    32     }
    33 }
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