排序算法图解之Java冒泡排序及优化

时间:2022-11-05 兴趣使然黄小黄人气:0

1.冒泡排序简介

冒泡排序（Bubble Sorting）即：通过对待排序的序列从前往后，依次比较相邻元素的值，若发现逆序则交换位置，使较大的元素逐渐移动到后部，就像水底的气泡一样逐渐从水面冒出来，这就是冒泡名称的由来

2.图解算法

以将序列{3, 9, -1, 10, -20}从小到大排序为例！

基本思想就是，在每一趟排序实现将最大的数移到序列的最后端！这主要通过比较相邻两个元素实现，当相邻的两个元素逆序的时候，我们就交换它们。

第1趟排序：

第1趟排序共比较了4次，将最大的数10冒泡到了序列的尾部。

第2趟排序：

由于第一趟排序已经将最大是数10给冒泡到了最末端，因此在本次排序中，不需要再比较最后一个元素，故共比较了3次，将子序列（前四个元素）中最大的数9（整个序列中倒数第二大的数）冒泡到了子序列的尾端（原序列的倒数第二个位置）。

第3趟排序：

在第三趟排序时，同理，倒数两个元素位置已经确定，即第一、第二大的数已经排好位置，只需要再将倒数第三大的数确认即可。故比较2次，实现倒数第三大的数3的位置确定。

第4趟排序：

在第四趟排序时，只有第一、第二个元素的位置还不确定，只需要比较一次，若逆序，则交换即可。到此，排序算法完成，原序列已经排序成为一个递增的序列！

小结

一共进行了数组大小-1次趟排序，即外层循环arr.length-1次；每趟排序进行了逐趟减小次数的比较，即内层循环arr.length-i-1次，i从0依次增加。

3.冒泡排序代码实现

参考代码如下，为了便于观察结果，在循环中添加了相应的输出语句：

import java.util.Arrays;

/**
 * @author 兴趣使然黄小黄
 * @version 1.0
 * 冒泡排序
 */
public class BubbleSort {

    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {3, 9, -1, 10, -20};
        //排序前
        System.out.println("排序前:" + Arrays.toString(array));

        //冒泡排序
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            System.out.println("第" + (i+1) + "趟排序开始!");
            for (int j = 0; j < array.length - i - 1; j++) {
                //如果前面的数比后面的数大，则交换
                if(array[j] > array[j+1]){
                    //交换
                    int temp = array[j];
                    array[j] = array[j+1];
                    array[j+1] = temp;
                }
                System.out.println("------第" + (j+1) + "趟排序: " + Arrays.toString(array));
            }
            System.out.println("第" + (i+1) + "趟排序完成: " + Arrays.toString(array));
            System.out.println("================================================");
        }

        //输出排序后的结果
        System.out.println("排序后:" + Arrays.toString(array));
    }
}

实现结果：

4.冒泡排序算法的优化

举个例子，将待排序的序列改为：{5，1，2，3，4}，用以上算法来处理，观察一下结果：

可以发现，当第一趟排序结束的时候，序列已经排序完成： 即将5冒泡到了最后，序列实现了从小到大排序。但是原冒泡排序算法，还是义无反顾的进行了数组大小-1趟排序（我可真是大冤种！）

因此，我们需要尝试对算法进行优化！

发现：在冒泡排序的过程中，各个元素都在不断的接近自己的位置，如果下一趟比较中没有进行过任何交换，则说明序列已经有序， 则排序算法已经可以返回结果。因此，考虑在排序算法过程中添加一个标志flag判断元素是否进行过交换，以减少不必要的冤种行为！

优化代码如下：

import java.util.Arrays;

/**
 * @author 兴趣使然黄小黄
 * @version 1.0
 * 冒泡排序优化
 */
public class BubbleSort {

    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {5, 1, 2, 3, 4};
        //排序前
        System.out.println("排序前:" + Arrays.toString(array));

        boolean flag = false; //用于标记是否进行了交换，true则说明进行了交换，false表示无

        //冒泡排序
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            System.out.println("第" + (i+1) + "趟排序开始!");
            for (int j = 0; j < array.length - i - 1; j++) {
                //如果前面的数比后面的数大，则交换
                if(array[j] > array[j+1]){
                    //交换
                    flag = true; //标记进行了交换
                    int temp = array[j];
                    array[j] = array[j+1];
                    array[j+1] = temp;
                }
                System.out.println("------第" + (j+1) + "趟排序: " + Arrays.toString(array));
            }
            System.out.println("第" + (i+1) + "趟排序完成: " + Arrays.toString(array));
            System.out.println("================================================");
            if (!flag){
                //如果没有进行交换则直接退出，说明排序已经完成
                break;
            }else {
                //回退
                flag = false;
            }
        }

        //输出排序后的结果
        System.out.println("排序后:" + Arrays.toString(array));
    }
}

四趟排序，优化成了只需要两趟排序！又是一个不可多得的小技巧！在算法程序题中，flag的设置是一种常用的编程思想，常常用于回溯算法中，小伙伴们要学会举一反三~

加载全部内容