深度解析(十五)冒泡排序

Posted 2020-10-25 AlanTu

冒泡排序

概要

本章介绍排序算法中的冒泡排序，重点讲解冒泡排序的思想。

目录
1. 冒泡排序介绍
2. 冒泡排序图文说明
3. 冒泡排序的时间复杂度和稳定性
4. 冒泡排序实现
4.1 冒泡排序C实现
4.2 冒泡排序C++实现
4.3 冒泡排序Java实现

转载请注明出处：http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3596232.html

---

更多内容：数据结构与算法系列 目录

 

冒泡排序介绍

冒泡排序(Bubble Sort)，又被称为气泡排序或泡沫排序。

它是一种较简单的排序算法。它会遍历若干次要排序的数列，每次遍历时，它都会从前往后依次的比较相邻两个数的大小；如果前者比后者大，则交换它们的位置。这样，一次遍历之后，最大的元素就在数列的末尾！ 采用相同的方法再次遍历时，第二大的元素就被排列在最大元素之前。重复此操作，直到整个数列都有序为止！

 

冒泡排序图文说明

冒泡排序C实现一

void bubble_sort1(int a[], int n)
{
    int i,j;

    for (i=n-1; i>0; i--)
    {
        // 将a[0...i]中最大的数据放在末尾
        for (j=0; j<i; j++)
        {
            if (a[j] > a[j+1])
                swap(a[j], a[j+1]);
        }
    }
}

 

下面以数列{20,40,30,10,60,50}为例，演示它的冒泡排序过程(如下图)。

我们先分析第1趟排序
当i=5,j=0时，a[0]<a[1]。此时，不做任何处理！
当i=5,j=1时，a[1]>a[2]。此时，交换a[1]和a[2]的值；交换之后，a[1]=30，a[2]=40。
当i=5,j=2时，a[2]>a[3]。此时，交换a[2]和a[3]的值；交换之后，a[2]=10，a[3]=40。
当i=5,j=3时，a[3]<a[4]。此时，不做任何处理！
当i=5,j=4时，a[4]>a[5]。此时，交换a[4]和a[5]的值；交换之后，a[4]=50，a[3]=60。

于是，第1趟排序完之后，数列{20,40,30,10,60,50}变成了{20,30,10,40,50,60}。此时，数列末尾的值最大。

 

根据这种方法：
第2趟排序完之后，数列中a[5...6]是有序的。
第3趟排序完之后，数列中a[4...6]是有序的。
第4趟排序完之后，数列中a[3...6]是有序的。
第5趟排序完之后，数列中a[1...6]是有序的。

第5趟排序之后，整个数列也就是有序的了。

 

冒泡排序C实现二

观察上面冒泡排序的流程图，第3趟排序之后，数据已经是有序的了；第4趟和第5趟并没有进行数据交换。
下面我们对冒泡排序进行优化，使它效率更高一些：添加一个标记，如果一趟遍历中发生了交换，则标记为true，否则为false。如果某一趟没有发生交换，说明排序已经完成！

void bubble_sort2(int a[], int n)
{
    int i,j;
    int flag;                 // 标记

    for (i=n-1; i>0; i--)
    {
        flag = 0;            // 初始化标记为0

        // 将a[0...i]中最大的数据放在末尾
        for (j=0; j<i; j++)
        {
            if (a[j] > a[j+1])
            {
                swap(a[j], a[j+1]);
                flag = 1;    // 若发生交换，则设标记为1
            }
        }

        if (flag==0)
            break;            // 若没发生交换，则说明数列已有序。
    }
}

 

冒泡排序的时间复杂度和稳定性

冒泡排序时间复杂度

冒泡排序的时间复杂度是O(N²)。
假设被排序的数列中有N个数。遍历一趟的时间复杂度是O(N)，需要遍历多少次呢？N-1次！因此，冒泡排序的时间复杂度是O(N²)。

 

冒泡排序稳定性

冒泡排序是稳定的算法，它满足稳定算法的定义。
算法稳定性 -- 假设在数列中存在a[i]=a[j]，若在排序之前，a[i]在a[j]前面；并且排序之后，a[i]仍然在a[j]前面。则这个排序算法是稳定的！

 

冒泡排序实现

冒泡排序C实现
实现代码(bubble_sort.c)

 

 1 /**
 2  * 冒泡排序：C 语言
 3  *
 4  * @author skywang
 5  * @date 2014/03/11
 6  */
 7 
 8 #include <stdio.h>
 9 
10 // 数组长度
11 #define LENGTH(array) ( (sizeof(array)) / (sizeof(array[0])) )
12 // 交互数值
13 #define swap(a,b)    (a^=b,b^=a,a^=b)
14 
15 /*
16  * 冒泡排序
17  *
18  * 参数说明：
19  *     a -- 待排序的数组
20  *     n -- 数组的长度
21  */
22 void bubble_sort1(int a[], int n)
23 {
24     int i,j;
25 
26     for (i=n-1; i>0; i--)
27     {
28         // 将a[0...i]中最大的数据放在末尾
29         for (j=0; j<i; j++)
30         {
31             if (a[j] > a[j+1])
32                 swap(a[j], a[j+1]);
33         }
34     }
35 }
36 
37 /*
38  * 冒泡排序(改进版)
39  *
40  * 参数说明：
41  *     a -- 待排序的数组
42  *     n -- 数组的长度
43  */
44 void bubble_sort2(int a[], int n)
45 {
46     int i,j;
47     int flag;                 // 标记
48 
49     for (i=n-1; i>0; i--)
50     {
51         flag = 0;            // 初始化标记为0
52 
53         // 将a[0...i]中最大的数据放在末尾
54         for (j=0; j<i; j++)
55         {
56             if (a[j] > a[j+1])
57             {
58                 swap(a[j], a[j+1]);
59                 flag = 1;    // 若发生交换，则设标记为1
60             }
61         }
62 
63         if (flag==0)
64             break;            // 若没发生交换，则说明数列已有序。
65     }
66 }
67 
68 void main()
69 {
70     int i;
71     int a[] = {20,40,30,10,60,50};
72     int ilen = LENGTH(a);
73 
74     printf("before sort:");
75     for (i=0; i<ilen; i++)
76         printf("%d ", a[i]);
77     printf("\\n");
78 
79     bubble_sort1(a, ilen);
80     //bubble_sort2(a, ilen);
81 
82     printf("after  sort:");
83     for (i=0; i<ilen; i++)
84         printf("%d ", a[i]);
85     printf("\\n");
86 }

 

冒泡排序C++实现
实现代码(BubbleSort.cpp)

 

 1 /**
 2  * 冒泡排序：C++
 3  *
 4  * @author skywang
 5  * @date 2014/03/11
 6  */
 7 
 8 #include <iostream>
 9 using namespace std;
10 
11 /*
12  * 冒泡排序
13  *
14  * 参数说明：
15  *     a -- 待排序的数组
16  *     n -- 数组的长度
17  */
18 void bubbleSort1(int* a, int n)
19 {
20     int i,j,tmp;
21 
22     for (i=n-1; i>0; i--)
23     {
24         // 将a[0...i]中最大的数据放在末尾
25         for (j=0; j<i; j++)
26         {
27             if (a[j] > a[j+1])
28             {    
29                 // 交换a[j]和a[j+1]
30                 tmp = a[j];
31                 a[j] = a[j+1];
32                 a[j+1] = tmp;
33             }
34         }
35     }
36 }
37 
38 /*
39  * 冒泡排序(改进版)
40  *
41  * 参数说明：
42  *     a -- 待排序的数组
43  *     n -- 数组的长度
44  */
45 void bubbleSort2(int* a, int n)
46 {
47     int i,j,tmp;
48     int flag;                 // 标记
49 
50     for (i=n-1; i>0; i--)
51     {
52         flag = 0;            // 初始化标记为0
53 
54         // 将a[0...i]中最大的数据放在末尾
55         for (j=0; j<i; j++)
56         {
57             if (a[j] > a[j+1])
58             {
59                 // 交换a[j]和a[j+1]
60                 tmp = a[j];
61                 a[j] = a[j+1];
62                 a[j+1] = tmp;
63 
64                 flag = 1;    // 若发生交换，则设标记为1
65             }
66         }
67 
68         if (flag==0)
69             break;            // 若没发生交换，则说明数列已有序。
70     }
71 }
72 
73 int main()
74 {
75     int i;
76     int a[] = {20,40,30,10,60,50};
77     int ilen = (sizeof(a)) / (sizeof(a[0]));
78 
79     cout << "before sort:";
80     for (i=0; i<ilen; i++)
81         cout << a[i] << " ";
82     cout << endl;
83 
84     bubbleSort1(a, ilen);
85     //bubbleSort2(a, ilen);
86 
87     cout << "after  sort:";
88     for (i=0; i<ilen; i++)
89         cout << a[i] << " ";
90     cout << endl;
91 
92     return 0;
93 }

 

冒泡排序Java实现
实现代码(BubbleSort.java)

 

 1 /**
 2  * 冒泡排序：C++
 3  *
 4  * @author skywang
 5  * @date 2014/03/11
 6  */
 7 
 8 #include <iostream>
 9 using namespace std;
10 
11 /*
12  * 冒泡排序
13  *
14  * 参数说明：
15  *     a -- 待排序的数组
16  *     n -- 数组的长度
17  */
18 void bubbleSort1(int* a, int n)
19 {
20     int i,j,tmp;
21 
22     for (i=n-1; i>0; i--)
23     {
24         // 将a[0...i]中最大的数据放在末尾
25         for (j=0; j<i; j++)
26         {
27             if (a[j] > a[j+1])
28             {    
29                 // 交换a[j]和a[j+1]
30                 tmp = a[j];
31                 a[j] = a[j+1];
32                 a[j+1] = tmp;
33             }
34         }
35     }
36 }
37 
38 /*
39  * 冒泡排序(改进版)
40  *
41  * 参数说明：
42  *     a -- 待排序的数组
43  *     n -- 数组的长度
44  */
45 void bubbleSort2(int* a, int n)
46 {
47     int i,j,tmp;
48     int flag;                 // 标记
49 
50     for (i=n-1; i>0; i--)
51     {
52         flag = 0;            // 初始化标记为0
53 
54         // 将a[0...i]中最大的数据放在末尾
55         for (j=0; j<i; j++)
56         {
57             if (a[j] > a[j+1])
58             {
59                 // 交换a[j]和a[j+1]
60                 tmp = a[j];
61                 a[j] = a[j+1];
62                 a[j+1] = tmp;
63 
64                 flag = 1;    // 若发生交换，则设标记为1
65             }
66         }
67 
68         if (flag==0)
69             break;            // 若没发生交换，则说明数列已有序。
70     }
71 }
72 
73 int main()
74 {
75     int i;
76     int a[] = {20,40,30,10,60,50};
77     int ilen = (sizeof(a)) / (sizeof(a[0]));
78 
79     cout << "before sort:";
80     for (i=0; i<ilen; i++)
81         cout << a[i] << " ";
82     cout << endl;
83 
84     bubbleSort1(a, ilen);
85     //bubbleSort2(a, ilen);
86 
87     cout << "after  sort:";
88     for (i=0; i<ilen; i++)
89         cout << a[i] << " ";
90     cout << endl;
91 
92     return 0;
93 }

 

 

上面3种实现的原理和输出结果都是一样的。下面是它们的输出结果：

before sort:20 40 30 10 60 50 
after  sort:10 20 30 40 50 60