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什麽是冒泡排序?

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冒泡排序的英文Bubble Sort,是一種最基礎的交換排序。

  大家一定都喝過汽水,汽水中常常有許多小小的氣泡,嘩啦嘩啦飄到上面來。這是因為組成小氣泡的二氧化碳比水要輕,所以小氣泡可以一點一點向上浮動。而我們的冒泡排序之所以叫做冒泡排序,正是因為這種排序算法的每一個元素都可以像小氣泡一樣,根據自身大小,一點一點向著數組的一側移動。

冒泡排序算法的原理如下:

  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. 對每一對相鄰元素做同樣的工作,從開始第一對到結尾的最後一對。在這一點,最後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,除了最後一個。
  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。

具體如何來移動呢?讓我們來看一個栗子:

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有8個數組成一個無序數列:5,8,6,3,9,2,1,7,希望從小到大排序。按照冒泡排序的思想,我們要把相鄰的元素兩兩比較,根據大小來交換元素的位置,過程如下:

首先讓5和8比較,發現5比8要小,因此元素位置不變。

接下來讓8和6比較,發現8比6要大,所以8和6交換位置。

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繼續讓8和3比較,發現8比3要大,所以8和3交換位置。

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繼續讓8和9比較,發現8比9要小,所以元素位置不變。

接下來讓9和2比較,發現9比2要大,所以9和2交換位置。

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接下來讓9和1比較,發現9比1要大,所以9和1交換位置。

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最後讓9和7比較,發現9比7要大,所以9和7交換位置。

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這樣一來,元素9作為數列的最大元素,就像是汽水裏的小氣泡一樣漂啊漂,漂到了最右側。

這時候,我們的冒泡排序的第一輪結束了。數列最右側的元素9可以認為是一個有序區域,有序區域目前只有一個元素。

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下面,讓我們來進行第二輪排序:

首先讓5和6比較,發現5比6要小,因此元素位置不變。

接下來讓6和3比較,發現6比3要大,所以6和3交換位置。

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繼續讓6和8比較,發現6比8要小,因此元素位置不變。

接下來讓8和2比較,發現8比2要大,所以8和2交換位置。

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接下來讓8和1比較,發現8比1要大,所以8和1交換位置。

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繼續讓8和7比較,發現8比7要大,所以8和7交換位置。

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第二輪排序結束後,我們數列右側的有序區有了兩個元素,順序如下:

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至於後續的交換細節,我們這裏就不詳細描述了,第三輪過後的狀態如下:

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第四輪過後狀態如下:

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第五輪過後狀態如下:

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第六輪過後狀態如下:

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第七輪過後狀態如下(已經是有序了,所以沒有改變):

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第八輪過後狀態如下(同樣沒有改變):

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到此為止,所有元素都是有序的了,這就是冒泡排序的整體思路。

原始的冒泡排序是穩定排序。由於該排序算法的每一輪要遍歷所有元素,輪轉的次數和元素數量相當,所以時間復雜度是O(N^2) 。

冒泡排序代碼及優化

代碼非常簡單,使用雙循環來進行排序。外部循環控制所有的回合,內部循環代表每一輪的冒泡處理,先進行元素比較,再進行元素交換。

原始的冒泡排序有哪些優化點呢?

讓我們回顧一下剛才描述的排序細節,仍然以5,8,6,3,9,2,1,7這個數列為例,當排序算法分別執行到第六、第七、第八輪的時候,數列狀態如下:

什麽是冒泡排序?