三分鍾徹底理解冒泡排序


0.如果遇到相等的值不進行交換,那這種排序方式是穩定的排序方式。

1.原理:比較兩個相鄰的元素,將值大的元素交換到右邊

2.思路:依次比較相鄰的兩個數,將比較小的數放在前面,比較大的數放在后面。

    (1)第一次比較:首先比較第一和第二個數,將小數放在前面,將大數放在后面。

    (2)比較第2和第3個數,將小數 放在前面,大數放在后面。

    ......

    (3)如此繼續,知道比較到最后的兩個數,將小數放在前面,大數放在后面,重復步驟,直至全部排序完成

    (4)在上面一趟比較完成后,最后一個數一定是數組中最大的一個數,所以在比較第二趟的時候,最后一個數是不參加比較的。

    (5)在第二趟比較完成后,倒數第二個數也一定是數組中倒數第二大數,所以在第三趟的比較中,最后兩個數是不參與比較的。

    (6)依次類推,每一趟比較次數減少依次

3.舉例:

    (1)要排序數組:[10,1,35,61,89,36,55]

    (2)第一趟排序:

      第一次排序:10和1比較,10大於1,交換位置       [1,10,35,61,89,36,55]

      第二趟排序:10和35比較,10小於35,不交換位置  [1,10,35,61,89,36,55]

      第三趟排序:35和61比較,35小於61,不交換位置  [1,10,35,61,89,36,55]

      第四趟排序:61和89比較,61小於89,不交換位置  [1,10,35,61,89,36,55]

        第五趟排序:89和36比較,89大於36,交換位置   [1,10,35,61,36,89,55]

      第六趟排序:89和55比較,89大於55,交換位置   [1,10,35,61,36,55,89]

      第一趟總共進行了六次比較,排序結果:[1,10,35,61,36,55,89]

    

    (3)第二趟排序:

      第一次排序:1和10比較,1小於10,不交換位置  1,10,35,61,36,55,89

      第二次排序:10和35比較,10小於35,不交換位置    1,10,35,61,36,55,89

      第三次排序:35和61比較,35小於61,不交換位置     1,10,35,61,36,55,89

      第四次排序:61和36比較,61大於36,交換位置   1,10,35,36,61,55,89

      第五次排序:61和55比較,61大於55,交換位置   1,10,35,36,55,61,89

      第二趟總共進行了5次比較,排序結果:1,10,35,36,55,61,89

    (4)第三趟排序:

      1和10比較,1小於10,不交換位置  1,10,35,36,55,61,89

      第二次排序:10和35比較,10小於35,不交換位置    1,10,35,36,55,61,89

      第三次排序:35和36比較,35小於36,不交換位置     1,10,35,36,55,61,89

      第四次排序:36和61比較,36小於61,不交換位置   1,10,35,36,55,61,89

      第三趟總共進行了4次比較,排序結果:1,10,35,36,55,61,89

      到目前位置已經為有序的情形了。

4.算法分析:

    (1)由此可見:N個數字要排序完成,總共進行N-1趟排序,每i趟的排序次數為(N-i)次,所以可以用雙重循環語句,外層控制循環多少趟,內層控制每一趟的循環次數

    (2)冒泡排序的優點:每進行一趟排序,就會少比較一次,因為每進行一趟排序都會找出一個較大值。如上例:第一趟比較之后,排在最后的一個數一定是最大的一個數,第二趟排序的時候,只需要比較除了最后一個數以外的其他的數,同樣也能找出一個最大的數排在參與第二趟比較的數后面,第三趟比較的時候,只需要比較除了最后兩個數以外的其他的數,以此類推……也就是說,沒進行一趟比較,每一趟少比較一次,一定程度上減少了算法的量。

    (3)時間復雜度

    1.如果我們的數據正序,只需要走一趟即可完成排序。所需的比較次數C和記錄移動次數M均達到最小值,即:Cmin=n-1;Mmin=0;所以,冒泡排序最好的時間復雜度為O(n)。

    2.如果很不幸我們的數據是反序的,則需要進行n-1趟排序。每趟排序要進行n-i次比較(1≤i≤n-1),且每次比較都必須移動記錄三次來達到交換記錄位置。在這種情況下,比較和移動次數均達到最大值:

    

      綜上所述:冒泡排序總的平均時間復雜度為:O(n2) ,時間復雜度和數據狀況無關。

5.java代碼實現,代碼的實現用到了對數發生器

  

import java.util.Arrays;
//算法的最終時間復雜度為n^2
public class BubbleSort {
public static void main(String[] args) {
int testTime=500000;
int size = 10;
int value=100;
boolean succeed = true;
for(int i = 0 ;i<testTime;i++){
int[] arr1 = generateRandomArray(size,value);
int[] arr2 = copyArray(arr1);
int[] arr3= copyArray(arr1);
bubbleSort(arr1);
rightMethod(arr2);
if(!isEqual(arr1,arr2)){
succeed=false;
printArray(arr3);
break;
}
}
System.out.println(succeed?"Nice":"Fucking fucked!");
int[] arr= generateRandomArray(size,value);
printArray(arr);
bubbleSort(arr);
printArray(arr);
}
//產生一個隨機數組,數組的長度和值都是隨機的,
public static int[] generateRandomArray(int size,int value){
//在java中,Math.random() ->double(0,1)
//(int)((size+1)*Math.random())--->產生的是[0,size]之間的整數
//生成長度隨機的數組,數組的最大長度是size的長度
int[] arr = new int[(int)((size+1)*Math.random())];
for(int i = 0 ;i<arr.length;i++){
//針對數組中的每個值都可以隨機一下,一個隨機數減去另外一個隨機數,可能產生正數,也可能產生負數
arr[i]=(int)((value+1)*Math.random())-(int)(value*Math.random());//值也可以是隨機的
}
return arr;
}
//復制數組
public static int[] copyArray(int[] arr){
if(arr==null){
return null;
}
int[] res = new int[arr.length];
for(int i = 0 ;i<arr.length;i++){
res[i]=arr[i] ;
}
return res;
}
//絕對正確的方法,這個方法可以時間復雜度很差,但是要保證其准確性
public static void rightMethod(int[] arr){
Arrays.sort(arr);
}
//
public static boolean isEqual(int[] arr1,int[] arr2){
if(arr1==null&&arr2!=null||arr1!=null&&arr2==null){
return false;
}
if (arr1==null&&arr2==null){
return true;
}
if (arr1.length!=arr2.length){
return false;
}
for(int i = 0;i<arr1.length;i++){
if(arr1[i]!=arr2[i]){
return false;
}
}
return true;
}
//打印出數組
public static void printArray(int[] arr){
if(arr==null){
return;
}
for(int i = 0 ;i<arr.length;i++){
System.out.print(arr[i]+" ");
}
System.out.println();
}

//N個數字冒泡排序,總共要進行N-1趟比較,每趟的排序次數為(N-i)次比較
public static void bubbleSort(int[] arr){
//一定要記住判斷邊界條件,很多人不注意這些細節,面試官看到你的代碼的時候都懶得往下看,你的代碼哪個項目敢往里面加?
if(arr==null||arr.length<2){
return;
}
//需要進行arr.length趟比較

for(int i = 0 ;i<arr.length-1;i++){
//第i趟比較
for(int j = 0 ;j<arr.length-i-1;j++){
//開始進行比較,如果arr[j]比arr[j+1]的值大,那就交換位置
if(arr[j]>arr[j+1]){
int temp=arr[j];
arr[j]=arr[j+1];
arr[j+1]=temp;
}
}

}
// System.out.println("最終得出的數組為:");
// for (int k =0 ; k < arr.length;k++){
// System.out.print(arr[k]+" ");
// }
}

//生成一個對數器。產生一個隨機樣本的數組,數組的長度和值都是隨機的
//size是生成數組的最大長度
// public static int[] generateRandomArray(int size,int value){
// //生成長度隨機的數組
// int[] arr = new int[(int)((size+1)*Math.random())];
// for(int i = 0 ;i<arr.length;i++){
// arr[i]=(int)((value+1)*Math.random())-(int)(value*Math.random());
// }
// return arr;
// }

//for test
public static void rightMathods(int[] arr){
//調用系統調用的函數來進行驗證
Arrays.sort(arr);
}



}

 


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