Java基础系列--冒泡排序

Posted 2020-11-07 v1haoge

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1、算法简介

　　冒牌排序是很耳熟的排序方式，虽然它使用的很少，但是经常会出现在面试中，冒泡的意思是渐进式的意思，即渐进式排序。

2、算法原理

　　冒泡排序就是通过相邻元素的两两比较交换的方式实现排序，每次比较的两个元素中都包含上一次比较的后一位元素，也就是每次比较替换之间都是存在关联的，那个关联的元素一步步向后移，就好比冒泡一般，直到水面（排好序）。

　　每次冒泡的结束都意味着一个元素的归位，即一个元素被排好序，一般我们都是采用向后冒泡的方式来实现排序的，那么也就意味着，元素归位的顺序是从尾部开始的。

　　而每次冒泡又都是从首位元素开始的，到未被排序的最后一位结束。那么也就意味着每次冒泡的比较次数要比上一次冒泡少1次，因为每结束一次冒泡就会在末尾完成一个元素的排序，而未排序的元素相应的就会少一位。

　　了解上面的这些，这有利于我们实现编程算法，但初学者必定是一头雾水，不要急，你需要在参考下面实现源码的基础上再理解上面的内容，那么你会加深理解。

3、算法实现

 1 public class BubbleSort {
 2 
 3     public static void main(String[] args) {
 4         int[] ints = {2, 6, 4, 9, 12, 98, 5, 32, 90, 33, 24, 65, 37, 12, 4};
 5         sort(ints);
 6     }
 7 
 8     public static void sort(int[] ints){
 9         for(int i = ints.length - 1; i > 0; i--) {
10             for(int j = 0; j < i; j++) {
11                 if(ints[j] > ints[j + 1]){
12                     int temp = ints[j];
13                     ints[j] = ints[j + 1];
14                     ints[j + 1] = temp;
15                 }
16             }
17         }
18         for(int i : ints) {
19             System.out.print(i + " ");
20         }
21     }
22 }

4、算法解析

　　从上面的代码中我们进行原理的解析，这样可以加深对原理的理解，我们学习算法并不是为了背诵这么一段简单的代码，我们学的是原理，是思维，虽然我也无法完全做到，但努力中，因为在我们完全理解了其原理之后，代码实现起来就会相当相当的容易，再也不用去背代码。

　　冒泡排序的实现代码中第9行为外层循环，用于控制冒泡的次数，正如原理中所说，冒泡排序是从尾部开始的，所以我们的循环变量i从尾部开始循环，末尾元素下标即为ints.length-1，i的变化范围为i>0，这里不包含0 的原因是因为当我们把序列的ints.length-1个元素排好序之后，只剩余一位元素，那么这一位元素自动就已经排好序了，无需再次冒泡，若为从小到大排序，那么最后剩余的元素就是首位元素，它即为最小的元素，不用再次执行冒泡排序。那么我们就得知外层循环控制的冒泡的次数为序列的长度减1次。

　　第10行的内容为内层循环，由于每次冒泡我们都是从首位元素开始，慢慢右移到末位（这里的末位并非末尾），一次冒泡是由有数次的两两比较交换（第11到14行代码）实现的，所以我们的代码中内循环变量j=0，表示每次都是从0下标元素开始冒泡，j的变化范围为j <i，这里是我们的重点，是内外层循环的关联点，我们每次冒泡比较的次数都是不同的，细心点就会发现，每次次数都会少一次，这个逻辑的控制就在这里，j小于i，而i在每次冒泡开始前都会执行i--，正好实现了我们的目的，而正因如此，我们每次冒泡结束的时候并不是末尾，而是未排序元素末位，这个末位会随着冒泡逐次前移，每次一位，直到第二位进行末次冒泡进而完成排序。

　　忘了说一点，这里j<i，为什么不是i-1，或者i+1呢？因为在我们每次冒泡的最后一次比较中，都是末位和末位前的两位元素比较，然后就结束了，并不是比较剩余未排序元素个数次，而是个数减1次，这里j<i，正好就是减1次。

　　冒泡排序的精髓就在这两层循环之内，完全理解其意之后，实现起来就很简单了。

4.1、时间复杂度

　　冒泡排序外层循环执行次数为n-1次，这里n代表序列元素个数，内循环次数为n(n-1)/2次，冒泡排序算法的时间复杂度为O(n²)。

4.2、空间复杂度

　　冒泡排序算法中会用到临时空间用于元素交换，通过优化，我们可以实现，空间复杂度为O(1)。

5、总结

　　冒泡排序现在更多的是出现在一些面试题里面，用于查看面试者的只是扩展度，实际使用中很少用到了，因为这种算法的时间复杂度还是不如人意。现在使用较多的还是快速排序算法。