冒泡排序算法

冒泡排序（Bubble Sort）是一種簡單的排序算法。它重復地走訪過要排序的數列，一次比較兩個元素，如果他們的順序錯誤就把他們交換過來。走訪數列的工作是重復地進行直到沒有再需要交換，也就是說該數列已經排序完成。這個算法的名字由來是因為越小的元素會經由交換慢慢“浮”到數列的頂端。

冒泡排序對n個項目需要O(n²)的比較次數，且可以原地排序。盡管這個算法是最簡單了解和實作的排序算法之一，但它對於少數元素之外的數列排序是很沒有效率的。

冒泡排序是與插入排序擁有相等的執行時間，但是兩種法在需要的交換次數卻很大地不同。在最壞的情況，冒泡排序需要O(n²)次交換，而插入排序只要最多O(n)交換。冒泡排序的實現（類似下面）通常會對已經排序好的數列拙劣地執行（O(n²)），而插入排序在這個例子只需要O(n)個運算。因此很多現代的算法教科書避免使用冒泡排序，而用插入排序取代之。冒泡排序如果能在內部循環第一次執行時，使用一個旗標來表示有無需要交換的可能，也有可能把最好的復雜度降低到O(n)。在這個情況，在已經排序好的數列就無交換的需要。若在每次走訪數列時，把走訪順序和比較大小反過來，也可以稍微地改進效率。有時候稱為往返排序，因為算法會從數列的一端到另一端之間穿梭往返。

使用冒泡排序為一列數字進行排序的過程

冒泡排序算法的運作如下：

1. 比較相鄰的元素。如果第一個比第二個大，就交換他們兩個。

2. 對每一對相鄰元素作同樣的工作，從開始第一對到結尾的最后一對。在這一點，最后的元素應該會是最大的數。

3. 針對所有的元素重復以上的步驟，除了最后一個。

4. 持續每次對越來越少的元素重復上面的步驟，直到沒有任何一對數字需要比較。

由於它的簡潔，冒泡排序通常被用來對於程式設計入門的學生介紹算法的概念。

關於冒泡排序的算法實現網上很多，本文采用C語言泛型實現：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

void swap(void *vp1, void *vp2, int size){  
      char buffer[size];
      memcpy(buffer, vp1, size);  
      memcpy(vp1, vp2, size);  
      memcpy(vp2, buffer, size);  
}

int cmp_int(const void *a , const void *b ) 
{ 
    return *(int *)a - *(int *)b; 
}

int cmp_double(const void *a , const void *b ) 
{ 
     return *(double *)a > *(double *)b ? 1 : -1; 
} 

void bubbleSort(void *base, int n, int elemsize, int(*cmp)(const void *, const void *))
{
    char *q = (char *)base;
    char *p = (char *)base + n * elemsize;
    while(p > q) {
        for(; q != p - elemsize; q += elemsize) {
            if(cmp(q, q + elemsize) > 0) {  
                swap(q, q + elemsize, elemsize);
            }
        }
        q = (char *)base;
        p -= elemsize;
    }
}

int main(void)
{
    //測試數據
    int arr1[] = {5, 4, 1, 3, 6, 12, 8, 22, 34,76};
    //冒泡排序
    bubbleSort(arr1, 10, sizeof(int), cmp_int);
    //打印排序結果
    int i;
    for(i = 0; i < 10; i++)
        printf("%d ", arr1[i]);
    printf("\n");
    double arr2[] = {5.4, 4.8, 1.2, 3.4, 6.7, 12.12, 8.6, 22.12, 34.5, 76.3};
    bubbleSort(arr2, 10, sizeof(double), cmp_double);
    for(i = 0; i < 10; i++)
        printf("%.2f ", arr2[i]);
    printf("\n");
}

運行結果如下：

---

常規實現如下（C語言）：

#include <stdio.h>

void bubbleSort(int arr[], int count)
{
    int i = count, j;
    int temp;
    while(i > 0) {
        for(j = 0; j < i - 1; j++) {
            if(arr[j] > arr[j + 1]){   
                temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
        i--;
    }
 
}
int main()
{
    //測試數據
    int arr[] = {5, 4, 1, 3, 6};
    //冒泡排序
    bubbleSort(arr, 5);
    //打印排序結果
    for(int i = 0; i < 5; i++)
        printf("%4d", arr[i]);
}

使用標志的冒泡排序

如果已知數列基本有序，可采用一個標志，減少無謂的判斷，提高效率

void bubbleSort(int d[], int size)  //假定兩兩交換發生在數組最后的兩個位置
{
    int exchange = size - 1;
    while(exchange) {
        //記錄下發生數據交換的位置
        int bound = exchange;
        exchange = 0;   //假定本趟比較沒有數據交換
        for(int i = 0; i < bound; i++) {
            if(d[i] > d[i + 1]) {
                swap(&d[i], &d[i+1]);
                exchange = i;
            }
        }
    }
}

獲取更多C語言與算法相關知識，關注公眾號：“csuanfa”