「算法」什麼是冒泡排序

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「算法」什麼是冒泡排序

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「算法」什麼是冒泡排序

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什麼是冒泡排序?

冒泡排序的英文Bubble Sort,是一種最基礎的交換排序

大家一定都喝過汽水,汽水中常常有許多小小的氣泡,嘩啦嘩啦飄到上面來。這是因為組成小氣泡的二氧化碳比水要輕,所以小氣泡可以一點一點向上浮動。

「算法」什麼是冒泡排序

而我們的冒泡排序之所以叫做冒泡排序,正是因為這種排序算法的每一個元素都可以像小氣泡一樣,根據自身大小,一點一點向著數組的一側移動。

具體如何來移動呢?讓我們來看一個栗子:

「算法」什麼是冒泡排序

有8個數組成一個無序數列:5,8,6,3,9,2,1,7,希望從小到大排序。

按照冒泡排序的思想,我們要把

相鄰的元素兩兩比較,根據大小來交換元素的位置,過程如下:

首先讓5和8比較,發現5比8要小,因此元素位置不變。

接下來讓8和6比較,發現8比6要大,所以8和6交換位置。

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繼續讓8和3比較,發現8比3要大,所以8和3交換位置。

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繼續讓8和9比較,發現8比9要小,所以元素位置不變。

接下來讓9和2比較,發現9比2要大,所以9和2交換位置。

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接下來讓9和1比較,發現9比1要大,所以9和1交換位置。

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最後讓9和7比較,發現9比7要大,所以9和7交換位置。

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這樣一來,元素9作為數列的最大元素,就像是汽水裡的小氣泡一樣漂啊漂,漂到了最右側。

這時候,我們的冒泡排序的第一輪結束了。數列最右側的元素9可以認為是一個有序區域,有序區域目前只有一個元素。

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下面,讓我們來進行第二輪排序:

首先讓5和6比較,發現5比6要小,因此元素位置不變。

接下來讓6和3比較,發現6比3要大,所以6和3交換位置。

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繼續讓6和8比較,發現6比8要小,因此元素位置不變。

接下來讓8和2比較,發現8比2要大,所以8和2交換位置。

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接下來讓8和1比較,發現8比1要大,所以8和1交換位置。

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繼續讓8和7比較,發現8比7要大,所以8和7交換位置。

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第二輪排序結束後,我們數列右側的有序區有了兩個元素,順序如下:

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至於後續的交換細節,我們這裡就不詳細描述了,第三輪過後的狀態如下:

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第四輪過後狀態如下:

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第五輪過後狀態如下:

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第六輪過後狀態如下:

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第七輪過後狀態如下(已經是有序了,所以沒有改變):

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第八輪過後狀態如下(同樣沒有改變):

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到此為止,所有元素都是有序的了,這就是冒泡排序的整體思路。

原始的冒泡排序是穩定排序。由於該排序算法的每一輪要遍歷所有元素,輪轉的次數和元素數量相當,所以時間複雜度是O(N^2)

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冒泡排序第一版:

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代碼非常簡單,使用雙循環來進行排序。外部循環控制所有的回合,內部循環代表每一輪的冒泡處理,先進行元素比較,再進行元素交換。

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原始的冒泡排序有哪些優化點呢?

讓我們回顧一下剛才描述的排序細節,仍然以5,8,6,3,9,2,1,7這個數列為例,當排序算法分別執行到第六、第七、第八輪的時候,數列狀態如下:

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很明顯可以看出,自從經過第六輪排序,整個數列已然是有序的了。可是我們的排序算法仍然“兢兢業業”地繼續執行第七輪、第八輪。

這種情況下,如果我們能判斷出數列已經有序,並且做出標記,剩下的幾輪排序就可以不必執行,提早結束工作。

冒泡排序第二版

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這一版代碼做了小小的改動,利用布爾變量isSorted作為標記。如果在本輪排序中,元素有交換,則說明數列無序;如果沒有元素交換,說明數列已然有序,直接跳出大循環。

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為了說明問題,咱們這次找一個新的數列:

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這個數列的特點是前半部分(3,4,2,1)無序,後半部分(5,6,7,8)升序,並且後半部分的元素已經是數列最大值。

讓我們按照冒泡排序的思路來進行排序,看一看具體效果:

第一輪

元素3和4比較,發現3小於4,所以位置不變。

元素4和2比較,發現4大於2,所以4和2交換。

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元素4和1比較,發現4大於1,所以4和1交換。

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元素4和5比較,發現4小於5,所以位置不變。

元素5和6比較,發現5小於6,所以位置不變。

元素6和7比較,發現6小於7,所以位置不變。

元素7和8比較,發現7小於8,所以位置不變。

第一輪結束,數列有序區包含一個元素:

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第二輪

元素3和2比較,發現3大於2,所以3和2交換。

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元素3和1比較,發現3大於1,所以3和1交換。

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元素3和4比較,發現3小於4,所以位置不變。

元素4和5比較,發現4小於5,所以位置不變。

元素5和6比較,發現5小於6,所以位置不變。

元素6和7比較,發現6小於7,所以位置不變。

元素7和8比較,發現7小於8,所以位置不變。

第二輪結束,數列有序區包含一個元素:

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這個問題的關鍵點在哪裡呢?關鍵在於對數列有序區的界定。

按照現有的邏輯,有序區的長度和排序的輪數是相等的。比如第一輪排序過後的有序區長度是1,第二輪排序過後的有序區長度是2 ......

實際上,數列真正的有序區可能會大於這個長度,比如例子中僅僅第二輪,後面5個元素實際都已經屬於有序區。因此後面的許多次元素比較是沒有意義的。

如何避免這種情況呢?我們可以在每一輪排序的最後,記錄下最後一次元素交換的位置,那個位置也就是無序數列的邊界,再往後就是有序區了。

冒泡排序第三版

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這一版代碼中,sortBorder就是無序數列的邊界。每一輪排序過程中,sortBorder之後的元素就完全不需要比較了,肯定是有序的。

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