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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);
    }



}