Java冒泡排序的不同实现

一、基础版冒泡排序

基础版冒泡排序是最直观的实现方式,其核心思想是重复遍历待排序数组,每次比较相邻的两个元素,若顺序错误则交换位置。

复制代码

public class BubbleSortBasic {

public static void bubbleSort(int[] arr) {

if (arr == null || arr.length <= 1) {

return;

}

int n = arr.length;

for (int i = 0; i < n - 1; i++) {

for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++) {

if (arr[j] > arr[j + 1]) {

// 交换元素

int temp = arr[j];

arr[j] = arr[j + 1];

arr[j + 1] = temp;

}

}

}

}

public static void main(String[] args) {

int[] arr = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};

bubbleSort(arr);

System.out.println("排序后的数组:");

for (int num : arr) {

System.out.print(num + " ");

}

}

}

在基础版中,外层循环控制排序的轮数,内层循环负责每轮中相邻元素的比较和交换。随着每一轮的进行,最大的元素会 "浮" 到数组的末尾,所以内层循环的范围会逐渐缩小。

二、优化版冒泡排序

基础版存在一个问题:当数组在中途已经排好序时,算法仍会继续执行剩余的循环,造成不必要的开销。优化版通过引入一个标志位来解决这个问题。

复制代码

public class BubbleSortOptimized {

public static void bubbleSort(int[] arr) {

if (arr == null || arr.length <= 1) {

return;

}

int n = arr.length;

boolean swapped;

for (int i = 0; i < n - 1; i++) {

swapped = false;

for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++) {

if (arr[j] > arr[j + 1]) {

int temp = arr[j];

arr[j] = arr[j + 1];

arr[j + 1] = temp;

swapped = true;

}

}

// 如果本轮没有发生交换,说明数组已排好序,提前退出

if (!swapped) {

break;

}

}

}

public static void main(String[] args) {

int[] arr = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};

bubbleSort(arr);

System.out.println("排序后的数组:");

for (int num : arr) {

System.out.print(num + " ");

}

}

}

优化版中添加了一个swapped标志,当某一轮循环中没有元素交换时,说明数组已经有序,此时直接跳出外层循环,大大减少了不必要的比较操作。

三、双向冒泡排序

双向冒泡排序(也称为鸡尾酒排序)在传统冒泡排序的基础上进行了改进,它不仅会将最大的元素 "浮" 到末尾,还会将最小的元素 "沉" 到开头,从而提高排序效率。

复制代码

public class CocktailSort {

public static void cocktailSort(int[] arr) {

if (arr == null || arr.length <= 1) {

return;

}

int left = 0;

int right = arr.length - 1;

while (left < right) {

// 从左到右,将最大元素移到右侧

for (int i = left; i < right; i++) {

if (arr[i] > arr[i + 1]) {

int temp = arr[i];

arr[i] = arr[i + 1];

arr[i + 1] = temp;

}

}

right--;

// 从右到左,将最小元素移到左侧

for (int i = right; i > left; i--) {

if (arr[i] < arr[i - 1]) {

int temp = arr[i];

arr[i] = arr[i - 1];

arr[i - 1] = temp;

}

}

left++;

}

}

public static void main(String[] args) {

int[] arr = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};

cocktailSort(arr);

System.out.println("排序后的数组:");

for (int num : arr) {

System.out.print(num + " ");

}

}

}

双向冒泡排序适合处理一些特定的数组,例如当最小的元素位于数组末尾时,传统冒泡排序需要多轮循环才能将其移到正确位置,而双向冒泡排序一次从右到左的遍历就能完成。

四、基于链表的冒泡排序

除了对数组进行排序,冒泡排序也可以应用于链表。基于链表的冒泡排序不需要像数组那样频繁地交换元素,而是通过调整节点的指针来实现排序。

复制代码

class ListNode {

int val;

ListNode next;

ListNode(int x) {

val = x;

next = null;

}

}

public class BubbleSortLinkedList {

public static ListNode bubbleSort(ListNode head) {

if (head == null || head.next == null) {

return head;

}

ListNode end = null;

while (end != head) {

ListNode current = head;

ListNode prev = null;

while (current.next != end) {

if (current.val > current.next.val) {

// 交换节点

ListNode nextNode = current.next;

current.next = nextNode.next;

nextNode.next = current;

if (prev == null) {

head = nextNode;

} else {

prev.next = nextNode;

}

prev = nextNode;

} else {

prev = current;

current = current.next;

}

}

end = current;

}

return head;

}

public static void main(String[] args) {

ListNode head = new ListNode(64);

head.next = new ListNode(34);

head.next.next = new ListNode(25);

head.next.next.next = new ListNode(12);

head.next.next.next.next = new ListNode(22);

head.next.next.next.next.next = new ListNode(11);

head.next.next.next.next.next.next = new ListNode(90);

head = bubbleSort(head);

System.out.println("排序后的链表:");

ListNode current = head;

while (current != null) {

System.out.print(current.val + " ");

current = current.next;

}

}

}

基于链表的冒泡排序在空间复杂度上有一定优势,它不需要额外的数组空间来存储元素,只需操作指针即可。

五、各种实现方式的对比

|-----------|-----------|-----------|-------|---------------------|
| 实现方式 | 时间复杂度(平均) | 时间复杂度(最坏) | 空间复杂度 | 适用场景 |
| 基础版冒泡排序 | O(n²) | O(n²) | O(1) | 简单数组排序,数据量较小 |
| 优化版冒泡排序 | O(n²) | O(n²) | O(1) | 可能提前有序的数组 |
| 双向冒泡排序 | O(n²) | O(n²) | O(1) | 有较小元素在末尾或较大元素在开头的数组 |
| 基于链表的冒泡排序 | O(n²) | O(n²) | O(1) | 链表结构的数据 |

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