冒泡排序的实现及优化和变形

Posted 2020-11-15 chengpu

1.概述

冒泡排序是一种简单的排序算法。它重复地走访过要排序的数列，一次比较两个元素，如果它们的顺序错误就把它们交换过来。走访数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换，也就是说该数列已经排序完成。这个算法的名字由来是因为越小的元素会经由交换慢慢“浮”到数列的顶端。在一般面试中也是最容易碰到的排序算法。

算法描述

• 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换它们两个；
• 对每一对相邻元素作同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对，这样在最后的元素应该会是最大的数；
• 针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个；
• 重复步骤1~3，直到排序完成。

2.基本实现

参考代码如下

pojo类

 1 public class pojo {
 2     public int[] s;
 3     public pojo(){}
 4     //产生n个随机整数
 5     public pojo(int n){
 6         s=new int[n];
 7         for(int i=0;i<n;i++)
 8             s[i]=new Random().nextInt(n);
 9     }
10     //产生n个有序整数,falg为true为顺序,false为逆序
11     public pojo(int n,boolean falg){
12         s=new int[n];
13         if(falg){
14             for(int i=0;i<n;i++)
15                 s[i]=i;
16         }else{
17             for(int i=0;i<n;i++)
18                 s[i]=n-i;
19         }
20     }
21     //返回前n个数总和
22     public long average(int n){
23         long sum=0;
24         for(int i=0;i<n;i++)
25             sum+=s[i];
26         return sum;
27     }
28 }

maopao类

 1 public class maopao {
 2     public static void sort(int[] s){
 3         for(int i=0;i<s.length;i++){
 4             for(int j=0;j<s.length-1-i;j++){
 5                 if(s[j]>s[j+1]){
 6                     s[j]=s[j]+s[j+1];
 7                     s[j+1]=s[j]-s[j+1];
 8                     s[j]=s[j]-s[j+1];
 9                 }
10             }
11         }
12     }
13     public static void main(String[] args) {
14         pojo a=new pojo(10000);        
15         int []s=a.s;
16         System.out.println(Arrays.toString(s));
17         long startTime=System.nanoTime();   //获取开始时间
18         sort(s);
19         long endTime=System.nanoTime(); //获取结束时间
20         System.out.println(Arrays.toString(s));
21         System.out.println("冒泡排序程序运行时间："+(endTime-startTime)+"ns"+"	"+"数组长度为:"+s.length);
22     }
23 }

运行结果

 

 

 注意代码中"s[j]=s[j]+s[j+1];s[j+1]=s[j]-s[j+1];s[j]=s[j]-s[j+1];",这段代码意思为s[j]与s[j+1]的值交换

3.优化

思考一下，当需要排序的数据是排好的或者接近排好的，这样的话在循环结束前就已经排好了，但是排序还是会循环判断下去，这样会多做不少无用功，那有什么办法让循环停止呢？

我们发现在一次冒泡循环中，如果当前元素与下一个元素不用交换、下一个元素与下下个元素不用交换、下下个元素...那么当前元素一直到最后一个元素一定是排好的，而循环遍历到当前元素时，第一个元素到当前元素已经是排好的了，所有整体就第一个元素到最后一个元素都排好了，可以直接结束了。

参考代码如下

 1 public class maopao1 {
 2     public static void sort(int[] s){
 3         for(int i=0;i<s.length;i++){
 4             boolean flag=false;
 5             for(int j=0;j<s.length-1-i;j++){
 6                 if(s[j]>s[j+1]){
 7                     s[j]=s[j]+s[j+1];
 8                     s[j+1]=s[j]-s[j+1];
 9                     s[j]=s[j]-s[j+1];
10                     flag=true;
11                 }
12             }
13             if(!flag)
14                 break;
15         }
16     }
17     public static void main(String[] args) {
18         pojo a=new pojo(10000);        
19         int []s=a.s;
20         System.out.println(Arrays.toString(s));
21         long startTime=System.nanoTime();   //获取开始时间
22         sort(s);
23         long endTime=System.nanoTime(); //获取结束时间
24         System.out.println(Arrays.toString(s));
25         System.out.println("优化冒泡排序程序运行时间："+(endTime-startTime)+"ns"+"	"+"数组长度为:"+s.length);
26     }
27 }

运行结果

 

我在这里增加了一个flag变量来做标记，当满足条件后直接跳出循环。

发现没有，运行时间上基本没什么变化，但是注意我上面说了，当需要排序的数据是排好的或者接近排好的，优化效果就非常明显了。

改变上面maopao1类的代码

 

 

 这个表示获取从小到大的1-10000排列的数组，我们的目标也是从小打大排序。

结果如下

3.变形

我在这里讲一种新的排序，它叫鸡尾酒排序，或者叫快乐小时排序，当然它不止这两种叫法。他是冒泡排序的一种变形，是基于冒泡排序的。

他的原理是：先找到最小的数字，把他放到第一位，然后找到最大的数字放到最后一位。然后再找到第二小的数字放到第二位，再找到第二大的数字放到倒数第二位。以此类推，直到完成排序。也就是双向的冒泡。

参考代码如下

 1 public class maopao2 {
 2     public static void sort(int[] s){
 3         int left=0,right=s.length-1;
 4         while(left<right){
 5             //同优化冒泡排序
 6             boolean flag=false;
 7             //从右向左冒泡，找最小的
 8             for(int i=right;i>left;i--)
 9                 if(s[i]<s[i-1]){
10                     s[i]=s[i]+s[i-1];
11                     s[i-1]=s[i]-s[i-1];
12                     s[i]=s[i]-s[i-1];
13                     flag=true;
14                 }
15             left++;
16             //从左向右冒泡，找最大的
17             for(int i=left;i<right;i++)
18                 if(s[i]>s[i+1]){
19                     s[i]=s[i]+s[i+1];
20                     s[i+1]=s[i]-s[i+1];
21                     s[i]=s[i]-s[i+1];
22                     flag=true;
23                 }
24             right--;
25             if(!flag)
26                 break;
27         }
28     }
29     public static void main(String[] args) {
30         pojo a=new pojo(10000);        
31         int []s=a.s;
32         System.out.println(Arrays.toString(s));
33         long startTime=System.nanoTime();   //获取开始时间
34         sort(s);
35         long endTime=System.nanoTime(); //获取结束时间
36         System.out.println(Arrays.toString(s));
37         System.out.println("鸡尾酒排序程序运行时间："+(endTime-startTime)+"ns"+"	"+"数组长度为:"+s.length);
38     }
39 }

运行结果

 

 

虽然运行时间没有多大改变，但是在某些特定的环境下是要优于冒泡排序的。

改变maopao2类代码：

 

运行结果：

 

 

 改变maopao2类代码：

 

 运行结果：