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Java排序之冒泡排序的實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化

更新時(shí)間：2022年11月21日 09:21:01 作者：指北君

冒泡排序是一種簡單的交換排序。之所以叫做冒泡排序，因?yàn)槲覀兛梢园衙總€(gè)元素當(dāng)成一個(gè)小氣泡，根據(jù)氣泡大小，一步一步移動(dòng)到隊(duì)伍的一端，最后形成一定對(duì)的順序。本文將利用Java實(shí)現(xiàn)冒泡排序，并進(jìn)行一定的優(yōu)化，希望對(duì)大家有所幫助

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冒泡排序：（Bubble Sort）是一種簡單的交換排序。之所以叫做冒泡排序，因?yàn)槲覀兛梢园衙總€(gè)元素當(dāng)成一個(gè)小氣泡，根據(jù)氣泡大小，一步一步移動(dòng)到隊(duì)伍的一端，最后形成一定對(duì)的順序。

冒泡排序的原理

我們以一個(gè)隊(duì)伍站隊(duì)為例，教官第一次給隊(duì)員排隊(duì)是無序的，這時(shí)候就需要排隊(duì)，按矮到高的順序排列，首先拎出第一第二個(gè)比較，如果第一個(gè)隊(duì)員比第二個(gè)要高，則兩個(gè)交換位置，高的放到排到第二個(gè)位置，矮的就排到第一個(gè)，再把第二個(gè)，第三個(gè)比較，把高的排到后面一個(gè)位置，然后以此類推，直至第一輪所有隊(duì)員都比較過一次（記住每次比較都是相鄰的兩個(gè)），這樣就可以把最高的排到最后的位置。

總結(jié)就是： 每一輪都需要從第一位開始進(jìn)行相鄰的兩個(gè)數(shù)的比較，將較大的數(shù)放后面，比較完畢之后向后挪一位繼續(xù)比較下面兩個(gè)相鄰的兩個(gè)數(shù)大小關(guān)系，重復(fù)此步驟，直到最后一個(gè)還沒歸位的數(shù)。

冒泡排序流程圖

我們進(jìn)行分解看看每一步是怎么執(zhí)行的

首先我們給個(gè)無序數(shù)組 [3,14,32,16,53,8] 進(jìn)行升序排序

第一輪：初始值 [3,14,32,16,53,8]

如圖所示，走完第一輪之后，我們得到的結(jié)果就是[3,14,16,32,8,53]，此時(shí)已經(jīng)將最大的數(shù)53排到了指定位置，所以冒泡排序每一輪只能確定將一個(gè)數(shù)歸位。即第一趟只能確定將末位上的數(shù)歸位，第二趟只能將倒數(shù)第 2 位上的數(shù)歸位，依次類推下去

第二輪：初始值 [3,14,16,32,8,53]

第二輪排序結(jié)果[3,14,16,8,32,53]

第三輪：初始值 [3,14,16,8,32,53]

第三輪排序結(jié)果[3,14,8,16,32,53]

第四輪：初始值 [3,14,8,16,32,53]

第四輪排序結(jié)果[3,8,14,16,32,53]

第五輪：初始值 [3,8,14,16,32,53]

第五輪排序結(jié)果[3,8,14,16,32,53] 到這，我們最終排序完成。

Java代碼實(shí)現(xiàn)

?public?static?void?bubbleSort(int[]?array){
?????????for(int?i=0;i<array.length-1;i++){//控制比較輪次，一共?n-1?趟
?????????????int?num?=?0;?//用來記錄比每輪比較的次數(shù)
?????????????for(int?j=0;j<array.length-1;j++){//控制兩個(gè)挨著的元素進(jìn)行比較
?????????????????if(array[j]?>?array[j+1]){
???????????????????//換位
?????????????????????int?temp?=?array[j];
?????????????????????array[j]?=?array[j+1];
?????????????????????array[j+1]?=?temp;
?????????????????}
?????????????????//比較一次，加1
?????????????????num?=num+1;
?
?????????????}
?????????????//結(jié)果輸出
?????????????System.out.print("第"+(i+1)+"輪：[");
?????????????for?(int?a=0;a<array.length;?a++){
?????????????????if(a!=array.length-1)
?????????????????{
?????????????????????System.out.print(array[a]+",");
?????????????????}else{
?????????????????????System.out.print(array[a]+"]");
?????????????????}
?????????????}
?????????????System.out.println(",比較了："+num+"?次");
?????????}
?????}

輸出結(jié)果

   第1輪結(jié)果：[3,14,16,32,8,53],每輪比較了：5 次
   第2輪結(jié)果：[3,14,16,8,32,53],每輪比較了：5 次
   第3輪結(jié)果：[3,14,8,16,32,53],每輪比較了：5 次
   第4輪結(jié)果：[3,8,14,16,32,53],每輪比較了：5 次
   第5輪結(jié)果：[3,8,14,16,32,53],每輪比較了：5 次

我在每輪比較的時(shí)候定義了一個(gè)num來記錄比較次數(shù)，大家可以看到長度為6的數(shù)組比較，比較了5輪，每輪都比較了5次，但是通過上面拆分的每一輪比較細(xì)節(jié)可以看出，其實(shí)約到后面的比較，有一部分已經(jīng)是排好了，如果某個(gè)數(shù)比他的下一個(gè)位置還小，就沒有必要和后面已經(jīng)排好的數(shù)據(jù)再做比較，這樣只會(huì)增加程序運(yùn)行壓力。

比如，第四輪，8和14比較，換位之后，16,32,53都已經(jīng)排好了，14再和16比較，不用換位，那16之后的數(shù)據(jù)已經(jīng)在第三輪排好，就沒必要再比較16和32,32和53了。

那我們來對(duì)程序做一個(gè)優(yōu)化，其實(shí)在第一輪把最大的數(shù)字排到最后之后，第二輪就不用再和最后一個(gè)數(shù)字比較，因?yàn)樽畲蟮臄?shù)字已經(jīng)排好，再比較也只能排在最后一位之前了。

優(yōu)化

我們就在程序內(nèi)層循環(huán)做一個(gè)限制，每輪比較之后，下一輪就比較到array.length-1-i的位置。就是第一輪6位數(shù)都比較完成，最大排在最后，第二輪就比較前五個(gè)數(shù)，把前五個(gè)數(shù)中最大的排在第五位。這樣以此類推，就可以減少程序中無用的比較。

優(yōu)化代碼如下:

???public?static?void?bubbleSort(int[]?array){
?????????for(int?i=0;i<array.length-1;i++){//控制比較輪次，一共?n-1?趟
?????????????int?num?=?0;?//用來記錄比每輪比較的次數(shù)
?????????????//每一輪比較一次就排除最后一位，每輪的最后一位一定是這輪最大的，所以-i，
?????????????for(int?j=0;j<array.length-1-i;j++){//控制兩個(gè)挨著的元素進(jìn)行比較
??????????????????//換位
?????????????????????int?temp?=?array[j];
?????????????????????array[j]?=?array[j+1];
?????????????????????array[j+1]?=?temp;
?????????????????}
?????????????????//比較一次，加1
?????????????????num?=num+1;
?
?????????????}
?????????????//結(jié)果輸出
?????????????System.out.print("第"+(i+1)+"輪結(jié)果：[");
?????????????for?(int?a=0;a<array.length;?a++){
?????????????????if(a!=array.length-1)
?????????????????{
?????????????????????System.out.print(array[a]+",");
?????????????????}else{
?????????????????????System.out.print(array[a]+"]");
?????????????????}
?????????????}
?????????????System.out.println(",每輪比較了："+num+"?次");
?????????}
?????}

我們?cè)賮砜纯唇Y(jié)果：

第1輪結(jié)果：[3,14,16,32,8,53],每輪比較了：5 次
第2輪結(jié)果：[3,14,16,8,32,53],每輪比較了：4 次
第3輪結(jié)果：[3,14,8,16,32,53],每輪比較了：3 次
第4輪結(jié)果：[3,8,14,16,32,53],每輪比較了：2 次
第5輪結(jié)果：[3,8,14,16,32,53],每輪比較了：1 次

由此，我們可以看到，由之前30次比較減少到15次，所以程序壓力會(huì)少很多，程序復(fù)雜度也降低了。由上面結(jié)果可知：6位長度的數(shù)組需要排五輪，每輪次數(shù)減1，那如果由n個(gè)長度的數(shù)組，需要比較多少次呢？