冒泡排序及其优化

前言

本文将简单介绍冒泡排序及其优化版本，默认从小到大顺序

什么是冒泡排序

冒泡排序是一种简单且经典的排序算法。
基本思想： 是通过反复交换相邻的未按顺序排列的元素，将最小（或最大）的元素逐渐“浮”到正确位置。
时间复杂度： O(n^2)
排序稳定性： 稳定

说大白话就是两个位置判断是否符合小到大（大到小）顺序，不符合则交换，符合则下一轮，图例（一轮）：

就上图所示，我们的数组{4，2，7，1，5}，在交换排序这个过程中，需要两个指针进行辅助排序，两个指针是同时移动的，每移动一位就比较一次，这样就能将大的值往后放，小的值往前放，这样一轮下来，大的数是一定在被排序到数组往后位置的

既然一轮只能对部分数据进行排序，那么我们只需要多重复几次操作就可以了，次数 = arr.length - 1（2个数排序最多比较只需要1次，3个数排序最多比较需要2次）

public class BubbleSorted {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[]{4,2,7,1,5};
        for(int i = 0; i < arr.length-1; i++){
            for(int j = 0; j < arr.length - 1; j++){
                if(arr[j] > arr[j+1]){
                    swap(arr, j, j+1);
                }
            }
        }
        for (int i : arr) {
            System.out.println(i+" ");
        }
    }

    private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
        arr[i] = arr[i] ^ arr[j];
        arr[j] = arr[i] ^ arr[j];
        arr[i] = arr[i] ^ arr[j];
    }
}
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优化一

对于上面的这种冒泡排序每两两进行比较不管是否需要，这是一种比较耗时的操作，我们通过代码举个例子：

public class BubbleSorted {
   public static void main(String[] args) {
       int[] arr = new int[]{5, 8, 6, 1, 12, 13, 14};
       for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
           for (int j = 0; j < arr.length  - 1; j++) {
               if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                   swap(arr, j, j + 1);
               }
           }
           System.out.println("第"+(i+1)+"次排序结果："+Arrays.toString(arr));
       }
   }

   private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
       arr[i] = arr[i] ^ arr[j];
       arr[j] = arr[i] ^ arr[j];
       arr[i] = arr[i] ^ arr[j];
   }
}
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运行结果：

第1次排序结果：[5, 6, 1, 8, 12, 13, 14]
第2次排序结果：[5, 1, 6, 8, 12, 13, 14]
第3次排序结果：[1, 5, 6, 8, 12, 13, 14]
第4次排序结果：[1, 5, 6, 8, 12, 13, 14]
第5次排序结果：[1, 5, 6, 8, 12, 13, 14]
第6次排序结果：[1, 5, 6, 8, 12, 13, 14]
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我们不难发现，其实后面的456次排序是压根不需要了，因为它原本就是有序的，多余的判断是浪费时间的，那么我们要如何去判断后续已经有序不需要比较呢？？？

很简单，假如我们在一轮比较中，都没有需要进行交换，那么就意味着后面的顺序都是有序的，也就是说，我们第5次的排序结果可以通过第4次结果推导，如果有序则不再进行剩下的几轮排序，直接break，所以我们设置一个标记位即可，下面代码示例：

public class BubbleSorted {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[]{5, 8, 6, 1, 12, 13, 14};
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
        	// 没一轮排序重置标记位，只有进入交换才说明本轮的排序结果可能任然是无序的，
        	//一次交换都没有进行，说明这一轮排序没有一个位置需要比较交换
            boolean flag = true;
            for (int j = 0; j < arr.length - 1; j++) {
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    flag = false;
                    swap(arr, j, j + 1);
                }
            }
            System.out.println("第"+(i+1)+"次排序结果："+Arrays.toString(arr));
            if(flag){
                break;
            }
        }
    }

    private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
        arr[i] = arr[i] ^ arr[j];
        arr[j] = arr[i] ^ arr[j];
        arr[i] = arr[i] ^ arr[j];
    }
}
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运行结果：

第1次排序结果：[5, 6, 1, 8, 12, 13, 14]
第2次排序结果：[5, 1, 6, 8, 12, 13, 14]
第3次排序结果：[1, 5, 6, 8, 12, 13, 14]
第4次排序结果：[1, 5, 6, 8, 12, 13, 14]
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我们可以发现56轮已经不用再进行了，但是我们还需要第4轮来进行排序判断。

优化二

在优化一后，我们还可以对冒泡排序进行优化

首先，我们可以观察实例的结果，不难发现，每经过一轮排序，数组倒数位置上的数一定是有序的，因为每一轮的比较，大的数一定是往后跑的，那么就意味着，我们之后的比较排序不需要在对他们进行关注，所以我们每排序一次，内循环就少判断一位，以下是代码示例：

public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[]{5, 8, 6, 1, 12, 13, 14};
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            boolean flag = true;
            // 内循环循环次数每次  -i  
            for (int j = 0; j < arr.length - i - 1; j++) {
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    flag = false;
                    swap(arr, j, j + 1);
                }
            }
            System.out.println("第"+(i+1)+"次排序结果："+Arrays.toString(arr));
            if(flag){
                break;
            }
        }
    }

    private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
        arr[i] = arr[i] ^ arr[j];
        arr[j] = arr[i] ^ arr[j];
        arr[i] = arr[i] ^ arr[j];
    }
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总结

冒泡排序是一种通过相邻两个数进行比较来进行排序的，可以通过两种优化的结合尽可能的提升效率，但是当数据量大的时候，效率依旧堪忧

以上是本文全部内容，感谢阅读