看动画学算法之:排序-冒泡排序

2020-07-13 14:00:04

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程序那些事

简介

排序可能是所有的算法中基础和常用的了。排序是一个非常经典的问题，它以一定的顺序对一个数组（或一个列表）中的项进行重新排序。

排序算法有很多种，每个都有其自身的优点和局限性。

今天我们来学习简单的冒泡排序算法。

冒泡排序的原理

冒泡排序的原理很简单，我们想象一下一个一个的气泡上浮的过程。

假设我们有八个数字 29,10,14,37,20,25,44,15 要进行排序。

我们先用一个动画图来直观的观察一下整个冒泡排序的过程：

排序共进行八轮，每一轮都会做两两比较，并将较大的元素右移，就像冒泡一下。

一轮结束之后，八个元素中大的那个元素44将会移动到右边。

然后再重复其他的几轮。终得到一个完全排序的数组。

也可以这样看：

轮是将八个元素中的大值44交换移动到右位置。

第二轮是将八个元素中的次大值37交换移动到右位置。

以此类推。

冒泡排序算法的java实现

我们先看一个简单的冒泡算法：

public class BubbleSort {
    public void doBubbleSort(int[] array){        log.info("排序前的数组为:{}",array);        //外层循环,遍历所有轮数        for(int i=; i< array.length-1; i++){            //内层循环，两两比较，选中较大的数字，进行交换            for(int j=; j<array.length-1; j++){                if(array[j]>array[j+1]){                    //交换两个数字                    int temp = array[j];                    array[j] = array[j+1];                    array[j+1] = temp;                }            }            log.info("第{}轮排序后的数组为:{}", i+1, array);        }    }
    public static void main(String[] args) {        int[] array= {29,10,14,37,20,25,44,15};        BubbleSort bubbleSort=new BubbleSort();        bubbleSort.doBubbleSort(array);    }}

这个算法就是两层遍历，外层遍历表示的是进行的轮数。内层遍历表示的是每一轮的排序。

我们看下输出结果：

冒泡算法的次改进

分析上面的遍历过程，我们可以发现，次排序之后，44已经放到右边的位置了，已经排好序了。

第二次排序之后，37也已经排好序了。每过一轮，内部循环需要比较的次数就可以减一。

这就意味着，在内部循环的时候，我们只需要进行array.length-i-1次比较就可以了。

修改代码如下：

public class BubbleSort1 {
    public void doBubbleSort(int[] array){        log.info("排序前的数组为:{}",array);        //外层循环,遍历所有轮数        for(int i=; i< array.length-1; i++){            //内层循环，两两比较，选中较大的数字，进行交换, 后的i个数字已经排完序了，不需要再进行比较            for(int j=; j<array.length-i-1; j++){                if(array[j]>array[j+1]){                    //交换两个数字                    int temp = array[j];                    array[j] = array[j+1];                    array[j+1] = temp;                }            }            log.info("第{}轮排序后的数组为:{}", i+1, array);        }    }
    public static void main(String[] args) {        int[] array= {29,10,14,37,20,25,44,15};        BubbleSort1 bubbleSort=new BubbleSort1();        bubbleSort.doBubbleSort(array);    }}

运行结果：

可以看到运行结果其实没什么不同，只不过我们少做了几次比较。

冒泡算法的第二次改进

从上面的结果，我们可以看到实际上第5轮排序过后就已经排序完成了。但是我们仍然进行了第6，7次排序。

有没有什么办法可以判断排序是不是已经完成了呢？

我们考虑一下，在内部循环中，我们是进行两两比较，然后交换位置。

如果在某一次遍历中，没有进行交互，这就意味着排序已经完成了。

所以我们可以再引入一个flag来做判断。

public class BubbleSort2 {
    public void doBubbleSort(int[] array){        log.info("排序前的数组为:{}",array);        //外层循环,遍历所有轮数        for(int i=; i< array.length-1; i++){            //添加一个flag，如果这一轮都没有排序，说明排序已经结束，可以提前退出            boolean flag=false;            //内层循环，两两比较，选中较大的数字，进行交换, 后的i个数字已经排完序了，不需要再进行比较            for(int j=; j<array.length-i-1; j++){                if(array[j]>array[j+1]){                    //交换两个数字                    int temp = array[j];                    array[j] = array[j+1];                    array[j+1] = temp;                    flag = true;                }            }            log.info("第{}轮排序后的数组为:{}", i+1, array);            if(!flag)            {                log.info("本轮未发生排序变化，排序结束");                return;            }        }    }
    public static void main(String[] args) {        int[] array= {29,10,14,37,20,25,44,15};        BubbleSort2 bubbleSort=new BubbleSort2();        bubbleSort.doBubbleSort(array);    }}