排序算法:冒泡排序

冒泡排序是入门级的算法,但也有一些有趣的玩法。通常来说,冒泡排序有三种写法:

  • 一边比较一边向后两两交换,将最大值 / 最小值冒泡到最后一位;
  • 经过优化的写法:使用一个变量记录当前轮次的比较是否发生过交换,如果没有发生交换表示已经有序,不再继续排序;
  • 进一步优化的写法:除了使用变量记录当前轮次是否发生交换外,再使用一个变量记录上次发生交换的位置,下一轮排序时到达上次交换的位置就停止比较。

冒泡排序的第一种写法

代码如下:

复制代码
public static void bubbleSort(int[] arr) {
    for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                // 如果左边的数大于右边的数,则交换,保证右边的数字最大
                swap(arr, j, j + 1);
            }
        }
    }
}
// 交换元素
private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
    int temp = arr[i];
    arr[i] = arr[j];
    arr[j] = temp;
}

最外层的 for 循环每经过一轮,剩余数字中的最大值就会被移动到当前轮次的最后一位,中途也会有一些相邻的数字经过交换变得有序。总共比较次数是 (n−1)+(n−2)+(n−3)+...+1。

这种写法相当于相邻的数字两两比较,并且规定:"谁大谁站右边"。经过 n−1 轮,数字就从小到大排序完成了。整个过程看起来就像一个个气泡不断上浮,这也是"冒泡排序法"名字的由来。

冒泡排序的第二种写法

代码如下:

java 复制代码
public static void bubbleSort(int[] arr) {
    // 初始时 swapped 为 true,否则排序过程无法启动
    boolean swapped = true;
    for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
        // 如果没有发生过交换,说明剩余部分已经有序,排序完成
        if (!swapped) break;
        // 设置 swapped 为 false,如果发生交换,则将其置为 true
        swapped = false;
        for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                // 如果左边的数大于右边的数,则交换,保证右边的数字最大
                swap(arr, j, j + 1);
                // 表示发生了交换
                swapped = true;
            }
        }
    }
}
// 交换元素
private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
    int temp = arr[i];
    arr[i] = arr[j];
    arr[j] = temp;
}

最外层的 for 循环每经过一轮,剩余数字中的最大值仍然是被移动到当前轮次的最后一位。这种写法相对于第一种写法的优点是:如果一轮比较中没有发生过交换,则立即停止排序,因为此时剩余数字一定已经有序了。

冒泡排序的第三种写法

第三种写法比较少见,它是在第二种写法的基础上进一步优化:

java 复制代码
public static void bubbleSort(int[] arr) {
    boolean swapped = true;
    // 最后一个没有经过排序的元素的下标
    int indexOfLastUnsortedElement = arr.length - 1;
    // 上次发生交换的位置
    int swappedIndex = -1;
    while (swapped) {
        swapped = false;
        for (int i = 0; i < indexOfLastUnsortedElement; i++) {
            if (arr[i] > arr[i + 1]) {
                // 如果左边的数大于右边的数,则交换,保证右边的数字最大
                swap(arr, i, i + 1);
                // 表示发生了交换
                swapped = true;
                // 更新交换的位置
                swappedIndex = i;
            }
        }
        // 最后一个没有经过排序的元素的下标就是最后一次发生交换的位置
        indexOfLastUnsortedElement = swappedIndex;
    }
}
// 交换元素
private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
    int temp = arr[i];
    arr[i] = arr[j];
    arr[j] = temp;
}

经过再一次的优化,代码看起来就稍微有点复杂了。最外层的 while 循环每经过一轮,剩余数字中的最大值仍然是被移动到当前轮次的最后一位。

在下一轮比较时,只需比较到上一轮比较中,最后一次发生交换的位置即可。因为后面的所有元素都没有发生过交换,必然已经有序了。

*交换的技巧

一般来说,交换数组中两个数字的函数如下:

java 复制代码
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[j];
arr[j] = temp;

更好的方案是通过位运算完成数字交换:

java 复制代码
arr[i] = arr[i] ^ arr[j];
arr[j] = arr[j] ^ arr[i];
arr[i] = arr[i] ^ arr[j];

使用异或运算来进行交换时,要注意的是:参与运算的变量所指的地址不能相同,若有相同地址值参与运算,所得结果为0。

相关推荐
ZhengEnCi7 小时前
模型训练完整流程:从数据准备到模型上线的 10 个关键步骤(全文可跑)
后端·算法
吞下星星的少年·-·11 小时前
Div.3 CF 1131A题(排序,模拟)
算法·模拟·排序
aichitang202411 小时前
代数拓扑学与现代前沿视角
考研·算法·数学建模·ai·拓扑学·高考
二本咕咕-机械转码12 小时前
FreeRTOS深入解析(一)_链表与并发保护——哨兵循环链表、排序键游标、临界区与关调度
单片机·算法·链表
-银雾鸢尾-12 小时前
两数之和-C++实现
c++·算法
j7~12 小时前
【动态规划算法专题】动态规划五部曲实战:泰波那契数、三步问题、最小花费爬楼梯
c++·算法·动态规划·数据结构与算法
倍利福猎头公司官方账号12 小时前
大企业HR如何向猎头公司清晰传达AI岗位的技术需求?
人工智能·算法·机器人·求职招聘·业界资讯
揽星河..13 小时前
【C++】类和对象
c++·算法
D e re k ZH13 小时前
C++ 并发、未定义行为与工程化难点(No 3)
数据结构·c++·算法·面试