三分鐘徹底理解氣泡排序
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,比較大的數放在後面。
(1)第一次比較:首先比較第一和第二個數,將小數放在前面,將大數放在後面。
(2)比較第2和第3個數,將小數 放在前面,大數放在後面。
......
(3)如此繼續,知道比較到最後的兩個數,將小數放在前面,大數放在後面,重複步驟,直至全部排序完成
(4)在上面一趟比較完成後,最後一個數一定是陣列中最大的一個數,所以在比較第二趟的時候,最後一個數是不參加比較的。
(5)在第二趟比較完成後,倒數第二個數也一定是陣列中倒數第二大數,所以在第三趟的比較中,最後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)要排序陣列:[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.演算法分析:
(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,所以可以用雙重迴圈語句,外層控制迴圈多少趟,內層控制每一趟的迴圈次數
(2)氣泡排序的優點: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:第一趟比較之後,排在最後的一個數一定是最大的一個數,第二趟排序的時候,只需要比較除了最後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後面,第三趟比較的時候,只需要比較除了最後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,一定程度上減少了演算法的量。
(3)時間複雜度
1.如果我們的資料正序,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,氣泡排序最好的時間複雜度為O(n)。
2.如果很不幸我們的資料是反序的,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:氣泡排序總的平均時間複雜度為:O(n2),時間複雜度和資料狀況無關。
5.java程式碼實現,程式碼的實現用到了對數發生器
import java.util.Arrays; //演算法的最終時間複雜度為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); } //產生一個隨機陣列,陣列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 //生成長度隨機的陣列,陣列的最大長度是size的長度 int[] arr = new int[(int)((size+1)*Math.random())]; for(int i = 0 ;i<arr.length;i++){ //針對陣列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; } //複製陣列 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,這個方法可以時間複雜度很差,但是要保證其準確性 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; } //打印出陣列 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個數字氣泡排序,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,面試官看到你的程式碼的時候都懶得往下看,你的程式碼哪個專案敢往裡面加? 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("最終得出的陣列為:"); // 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陣列,陣列的長度和值都是隨機的 //size是生成陣列的最大長度 // public static int[] generateRandomArray(int size,int value){ // //生成長度隨機的陣列 // 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){ //呼叫系統呼叫的函式來進行驗證 Arrays.sort(arr); } }