数据结构与算法-排序(一)冒泡排序

摘要

冒泡排序相对来说,多少都有些了解,就是多循环几轮,每一轮找出最大值放在尾部,直到数组中的元素有序为止。

在这基础上,探讨一下有没有高阶的方法,比如1.提前结束循环,或者2.循环中提前终止,进行下一个循环。这个是要探讨的重点

算法这部分用的编辑语言是 JAVA,编译工具是 Eclipse,JAVA 与 Swift 有些不同,逻辑是相通的,咱的核心就是看逻辑,尽量不要把自己局限在某一种代码语言中。

逻辑

将序列中的元素按照一定的比较规则每每相邻的元素比较并交换。直到序列完全有序为止。

流程

这里是将一个序列处理成从小到大的有序序列:

  1. 从头开始比较每一对相邻元素,如果第一个比第二个大,就交换它们的位置。最后一个元素就是最大的元素。
  2. 忽略上一步中找到的最大元素,继续 1 中的操作,直到全部元素有序为止。

实现

循环从尾部开始循环,进行相邻元素比较和交换。让每一轮获得的最大元素放到尾部,下次循环避开最大元素坐标

    for (int end = array.length-1; end > 0; end--) {
        for (int begin = 1; begin <= end; begin++) {
            if (cmp(begin, begin-1) < 0) {
                swap(begin, begin-1);
            }
        }
    }

技巧

Q:为什么大循环从尾部开始?

A:示例中是将每一轮大的值放在尾部,为了下次循环避开尾部,所以从尾部开始。

Q:可以更加高效吗?

A:可以从两个方面来提高它的效率

  • 某一次循环中已经完全有序,则可以终止。
  • 序列尾部已经达到局部有序,那么就可以不再遍历这部分

这两种可以通过设置标示实现。具体可以看进阶部分

进阶(含两个)

如果序列已经完全有序,可以提前终止循环。

在每一次循环中设置 isSorted(已经有序) 标示,如果在遍历中发生了交换,就设置为 false,在遍历结束后判断这个标示,如果是 true 就证明整个序列已经有序,退出循环。

    for (int end = array.length - 1; end > 0; end--) {
        boolean isSorted = true;
        for (int begin = 1; begin <= end; begin++) {
            if (cmp(begin, begin-1) < 0) {
                swap(begin, begin-1);
                isSorted = false;
            }
        }
        if (isSorted) break;
    }

如果序列尾部已经局部有序,可以记录最后一次交换的位置,减少交换的次数

sortedIndex 是在遍历完成后,记录了最后发生交换的位置,从这个位置到序列的尾部,没有发生交换,即这部分的元素是有序的,下次遍历就不用再遍历这部分了。

    for (int end = array.length - 1; end > 0; end--) {
        // sortedIndex 的初始值在数组完全有序的时候有用
        int sortedIndex = 1; // sortedIndex 的值可以是其他值,-1 或者其他。目的是达到有序的时候就不需要再进行下面的代码
        for (int begin = 1; begin <= end; begin++) {
            if (cmp(begin, begin-1) < 0) {
                swap(begin, begin-1);
                sortedIndex = begin;
            }
        }
        end = sortedIndex;
    }

时间和空间复杂度

  • 最好、平均时间复杂度:O(n^2)
  • 最坏时间复杂度:O(n)
  • 空间复杂度:O(1)
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