手撸golang 基本数据结构与算法 冒泡排序

Posted 2021-10-05 ioly

缘起

最近阅读<<我的第一本算法书>>(【日】石田保辉；宫崎修一)
本系列笔记拟采用golang练习之

冒泡排序

冒泡排序就是重复“从序列右边开始比较相邻两个数字的大小，
再根据结果交换两个数字的位置”这一操作的算法。

在这个过程中，数字会像泡泡一样，
慢慢从右往左“浮”到序列的顶端，
所以这个算法才被称为“冒泡排序”。

在序列的最右边放置一个天平，比较天平两边的数字。
如果右边的数字较小，就交换这两个数字的位置。

完成后，天平往左移动一个位置，比较两个数字的大小。
不断对数字进行交换，天平最终到达了最左边。
通过这一系列操作，序列中最小的数字就会移动到最左边。

将天平移回最右边，然后重复之前的操作，直到天平到达左边第2个位置为止。

冒泡排序的时间复杂度为O(n^2)。

摘自 <<我的第一本算法书>> 【日】石田保辉；宫崎修一

目标

• 实现并验证冒泡排序算法, 通过定义比较函数兼容任意值类型, 通过调整比较函数实现倒序输出

设计

• ISorter: 定义排序算法接口, 以及值比较函数
• tBubbleSorter: 冒泡排序的实现. 内部是一个双重循环, 不断重复两两比较的过程, 直到无交换发生.

单元测试

bubble_sort_test.go

package sorting

import (
    "fmt"
    "learning/gooop/sorting"
    "math/rand"
    "testing"
    "time"
)

func Test_BubbleSort(t *testing.T) {
    fnAssertTrue := func(b bool, msg string) {
        if !b {
            t.Fatal(msg)
        }
    }

    reversed := false
    fnCompare := func(a interface{}, b interface{}) sorting.CompareResult {
        i1 := a.(int)
        i2 := b.(int)

        if i1 < i2 {
            if reversed {
                return sorting.GREATER
            } else {
                return sorting.LESS
            }
        } else if i1 == i2 {
            return sorting.EQUAL
        } else {
            if reversed {
                return sorting.LESS
            } else {
                return sorting.GREATER
            }
        }
    }

    // test 10000 items sorting
    rnd := rand.New(rand.NewSource(time.Now().UnixNano()))
    sampleCount := 10000
    t.Logf("prepare large array with %v items", sampleCount)
    samples := make([]interface{}, sampleCount)
    for i := 0;i < sampleCount;i++ {
        samples[i] = rnd.Intn(sampleCount*10)
    }

    t.Log("sorting large array")
    t0 := time.Now().UnixNano()
    sorting.BubbleSorter.Sort(samples, fnCompare)
    cost := time.Now().UnixNano() - t0
    for i := 1;i < sampleCount;i++ {
        fnAssertTrue(fnCompare(samples[i-1], samples[i]) != sorting.GREATER, "expecting <=")
    }
    t.Logf("end sorting large array, cost = %v ms", cost / 1000000)

    // test 0-20
    sampleCount = 20
    t.Log("sorting 0-20")
    samples = make([]interface{}, sampleCount)
    for i := 0;i < sampleCount;i++ {
        for {
            p := rnd.Intn(sampleCount)
            if samples[p] == nil {
                samples[p] = i
                break
            }
        }
    }
    t.Logf("unsort = %v", samples)

    sorting.BubbleSorter.Sort(samples, fnCompare)
    t.Logf("sorted = %v", samples)
    fnAssertTrue(fmt.Sprintf("%v", samples) == "[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19]", "expecting 0-20")
    t.Log("pass sorting 0-20")

    // test special
    samples = []interface{} {}
    sorting.BubbleSorter.Sort(samples, fnCompare)
    t.Log("pass sorting []")

    samples = []interface{} { 1 }
    sorting.BubbleSorter.Sort(samples, fnCompare)
    t.Log("pass sorting [1]")

    samples = []interface{} { 3,1 }
    sorting.BubbleSorter.Sort(samples, fnCompare)
    fnAssertTrue(fmt.Sprintf("%v", samples) == "[1 3]",  "expecting 1,3")
    t.Log("pass sorting [1 3]")

    samples = []interface{} { 2,3,1 }
    sorting.BubbleSorter.Sort(samples, fnCompare)
    fnAssertTrue(fmt.Sprintf("%v", samples) == "[1 2 3]",  "expecting 1,2,3")
    t.Log("pass sorting [1 2 3]")

    reversed = true
    sorting.BubbleSorter.Sort(samples, fnCompare)
    fnAssertTrue(fmt.Sprintf("%v", samples) == "[3 2 1]",  "expecting 3,2,1")
    t.Log("pass sorting [3 2 1]")
}

测试输出

$ go test -v bubble_sort_test.go 
=== RUN   Test_BubbleSort
    bubble_sort_test.go:43: prepare large array with 10000 items
    bubble_sort_test.go:49: sorting large array
    bubble_sort_test.go:56: end sorting large array, cost = 534 ms
    bubble_sort_test.go:60: sorting 0-20
    bubble_sort_test.go:71: unsort = [4 8 5 3 10 17 6 15 9 16 19 0 12 11 13 18 7 2 1 14]
    bubble_sort_test.go:74: sorted = [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19]
    bubble_sort_test.go:76: pass sorting 0-20
    bubble_sort_test.go:81: pass sorting []
    bubble_sort_test.go:85: pass sorting [1]
    bubble_sort_test.go:90: pass sorting [1 3]
    bubble_sort_test.go:95: pass sorting [1 2 3]
    bubble_sort_test.go:100: pass sorting [3 2 1]
--- PASS: Test_BubbleSort (0.54s)
PASS
ok      command-line-arguments  0.538s

ISorter.go

定义排序算法接口, 以及值比较函数

package sorting

type ISorter interface {
    Sort(data []interface{}, comparator CompareFunction) []interface{}
}

type CompareFunction func(a interface{}, b interface{}) CompareResult

type CompareResult int
const LESS CompareResult = -1
const EQUAL CompareResult = 0
const GREATER CompareResult = 1

tBubbleSorter.go

冒泡排序的实现. 内部是一个双重循环, 不断重复两两比较的过程, 直到无交换发生.

package sorting


type tBubbleSorter struct {
}

func newBubbleSorter() ISorter {
    return &tBubbleSorter{}
}

func (me *tBubbleSorter) Sort(data []interface{}, fnCompare CompareFunction) []interface{} {
    if data == nil {
        return nil
    }

    size := len(data)
    if size <= 1 {
        return data
    }
    last := size - 1

    
    for i := 0;i < last;i++ {
        hit := false
        
        for j := last;j > i;j-- {
            prev := j - 1
            if fnCompare(data[prev], data[j]) == GREATER {
                data[j], data[prev] = data[prev], data[j]
                hit = true
            }
        }
        
        if !hit {
            // no changes
            break
        }
    } 
    
    return data
}

var BubbleSorter = newBubbleSorter()

(end)