原理:每次比较两个相邻的元素,将较大的元素交换至右端。
思路:每次冒泡排序操作都会将相邻的两个元素进行比较,看是否满足大小关系要求,如果不满足,就交换这两个相邻元素的次序,一次冒泡至少让一个元素移动到它应该排列的位置,重复N次,就完成了冒泡排序。
具体如何移动呢?举一个栗子:
有8个数组成一个无序数列:5,8,6,3,9,2,1,7,希望从小到大排序。
首先让和比较,发现和要小,因此元素位置不变。
,,6,3,9,2,1,7
接下来让和比较,发现和要大,所以和交换位置。
5,,,3,9,2,1,7
继续让和比较,发现和要大,所以和交换位置。
5,6,,,9,2,1,7
继续让和比较,发现和要小,所以元素位置不变。
5,6,3,,,2,1,7
接下来让和比较,发现和要大,所以和交换位置。
5,6,3,8,,,1,7
接下来让和比较,发现和要大,所以和交换位置。
5,6,3,8,2,,,7
这样第一轮比较,就找到了元素作为最大元素,排序在最右侧。
5,6,3,8,2,1,7,
下面进行第二轮排序
首先让和比较,发现和要小,因此元素位置不变。
,,3,8,2,1,7,9
接下来让和比较,发现和要大,所以和交换位置。
5,,,8,2,1,7,9
继续让和比较,发现比要小,因此元素位置不变。
5,3,,,2,1,7,9
接下来让和比较,发现和要大,所以和交换位置。
5,3,6,2,,1,7,9
接下来让和比较,发现和要大,所以和交换位置。
5,3,6,2,,,7,9
继续让和比较,发现和要大,所以和交换位置。
5,3,6,2,1,,,9
接下来如同上进行八轮比较得到;
1,2,3,5,6,7,,
第二轮比较结束后,得到了两个有序的最大元素 ,:
原始的冒泡排序是稳定排序。由于该排序算法的每一轮要遍历所有元素,轮转的次数和元素数量相当,所以时间复杂度是O(N^2) 。
下面呈上代码:
private static void sort1(int array[]) {
int tmp = 0;
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
for (int j = 0; j < array.length - i - 1; j++) {
if (array[j] > array[j + 1]) {
tmp = array[j];
array[j] = array[j + 1];
array[j + 1] = tmp;
}
}
}
}
原始的冒泡排序有哪些优化点呢?
让我们回顾一下刚才描述的排序细节,仍然以5,8,6,3,9,2,1,7这个数列为例,当排序算法分别执行到第六、第七、第八轮的时候,数列状态如下:
第六轮比较
1,2,3,5,6,7,8,9
第七轮比较
1,2,3,5,6,7,8,9
第八轮比较
1,2,3,5,6,7,8,9
很明显可以看出,自从经过第六轮排序,整个数列已然是有序的了。可是我们的排序算法仍然“兢兢业业”地继续执行第七轮、第八轮。
这种情况下,如果我们能判断出数列已经有序,并且做出标记,剩下的几轮排序就可以不必执行,提早结束工作。
冒泡排序优化版
/**
* 这一版代码做了小小的改动,利用布尔变量isSorted作为标记。如果在本轮排序中,元素有交换,则说明数列无序;如果没有元素交换,说明数列已然有序,直接跳出大循环。
* @param array
*/
private static void sort2(int array[]) {
int tmp = 0;
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
boolean isSorted = true; //有序标记,每一轮的初始是true
for (int j = 0; j < array.length - i - 1; j++) {
if (array[j] > array[j + 1]) {
tmp = array[j];
array[j] = array[j + 1];
array[j + 1] = tmp;
isSorted = false; //有元素交换,所以不是有序,标记变为false
}
}
if (isSorted) {
break;
}
}
}
这只是冒泡排序优化的第一步,下面还可以进一步优化提升性能!
为了说明问题,咱们这次找一个新的数列:
3,4,2,1,5,6,7,8
这个数列的特点是前半部分(3,4,2,1)无序,后半部分(5,6,7,8)升序,并且后半部分的元素已经是数列最大值。
这个问题的关键点在哪里呢?关键在于对数列有序区的界定。
按照现有的逻辑,有序区的长度和排序的轮数是相等的。比如第一轮排序过后的有序区长度是1,第二轮排序过后的有序区长度是2 ......
实际上,数列真正的有序区可能会大于这个长度,比如例子中仅仅第二轮,后面5个元素实际都已经属于有序区。因此后面的许多次元素比较是没有意义的。
如何避免这种情况呢?我们可以在每一轮排序的最后,记录下最后一次元素交换的位置,那个位置也就是无序数列的边界,再往后就是有序区了。
冒泡排序再次优化
/**
* 这一版代码中,sortBorder就是无序数列的边界。每一轮排序过程中,sortBorder之后的元素就完全不需要比较了,肯定是有序的。
* @param array
*/
private static void sort3(int array[]) {
int tmp = 0;
int lastExchangeIndex = 0; //记录最后一次交换的位置
int sortBorder = array.length - 1; //无序数列的边界,每次比较只需要比到这里为止
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
boolean isSorted = true; //有序标记,每一轮的初始是true
for (int j = 0; j < sortBorder; j++) {
if (array[j] > array[j + 1]) {
tmp = array[j];
array[j] = array[j + 1];
array[j + 1] = tmp;
isSorted = false; //有元素交换,所以不是有序,标记变为false
lastExchangeIndex = j; //把无序数列的边界更新为最后一次交换元素的位置
}
}
sortBorder = lastExchangeIndex;
if (isSorted) {
break;
}
}
}