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java 排序算法之冒泡排序

 更新時(shí)間:2021年09月01日 15:46:16   作者:天然呆dull  
這篇文章主要介紹了java 排序算法之冒泡排序,文中運(yùn)用大量的代碼講解相關(guān)知識(shí),非常詳細(xì),感興趣的小伙伴可以參考一下

基本介紹

冒泡排序(Bubble Sorting)(時(shí)間復(fù)雜度為 O(n²))的基本思想:通過(guò)對(duì)待排序序列 從前向后(從下標(biāo)較小的元素開(kāi)始),依次比較相鄰元素的值,若發(fā)現(xiàn)逆序則交換,使值較大的元素逐漸從前移向后部,就像水底下的旗袍一樣逐漸向上冒。

優(yōu)化點(diǎn):因?yàn)榕判蜻^(guò)程中,個(gè)元素不斷接近自己的位置,如果一趟比較下來(lái)沒(méi)有進(jìn)行過(guò)交換,就說(shuō)明序列有序,因此要在排序過(guò)程中設(shè)置一個(gè)標(biāo)志判斷元素是否進(jìn)行過(guò)交換。從而減少不必要的比較。(該優(yōu)化點(diǎn)可以在完成基本的冒泡排序之后再做)

圖解冒泡排序算法的過(guò)程

動(dòng)圖:

冒泡排序小結(jié):

1.共進(jìn)行 數(shù)組大小 - 1 次大的循環(huán)

2.每一趟排序的次數(shù)在逐漸的減少

3.優(yōu)化:如果發(fā)現(xiàn)在某趟排序中,沒(méi)有發(fā)生一次交換,則可以提前結(jié)束冒泡排序。

代碼實(shí)現(xiàn)

演變過(guò)程

為了容易理解,先演示冒泡排序的演變過(guò)程

    /**
     * 為了更好的理解,這里把冒泡排序的演變過(guò)程演示出來(lái)
     */
    @Test
    public void processDemo() {
        int arr[] = {3, 9, -1, 10, -2};

        // 第 1 趟排序:將最大的數(shù)排在最后
        // 總共排序:arr.length - 1
        int temp = 0; // 臨時(shí)變量,交換的時(shí)候使用
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            if (arr[i] > arr[i + 1]) {
                temp = arr[i];
                arr[i] = arr[i + 1];
                arr[i + 1] = temp;
            }
        }
        System.out.println("第 1 趟排序后的數(shù)組");
        System.out.println(Arrays.toString(arr));

        // 第 2 趟排序:將第 2 大的數(shù)排在倒數(shù)第 2 位
        // 總共排序:arr.length - 1 - 1  ;
        // 從頭開(kāi)始排序,其他沒(méi)有變化,只是將排序次數(shù)減少了一次
        for (int i = 0; i < arr.length - 1 -1; i++) {
            if (arr[i] > arr[i + 1]) {
                temp = arr[i];
                arr[i] = arr[i + 1];
                arr[i + 1] = temp;
            }
        }
        System.out.println("第 2 趟排序后的數(shù)組");
        System.out.println(Arrays.toString(arr));

        // 第 3 趟排序:將第 3 大的數(shù)排在倒數(shù)第 3 位
        // 總共排序:arr.length - 1 - 2  ;
        // 從頭開(kāi)始排序,其他沒(méi)有變化,只是將排序次數(shù)減少了 2 次
        for (int i = 0; i < arr.length - 1 -2; i++) {
            if (arr[i] > arr[i + 1]) {
                temp = arr[i];
                arr[i] = arr[i + 1];
                arr[i + 1] = temp;
            }
        }
        System.out.println("第 3 趟排序后的數(shù)組");
        System.out.println(Arrays.toString(arr));

        // 第 4 趟排序:將第 4 大的數(shù)排在倒數(shù)第 4 位
        // 總共排序:arr.length - 1 - 3  ;
        // 從頭開(kāi)始排序,其他沒(méi)有變化,只是將排序次數(shù)減少了 3 次
        for (int i = 0; i < arr.length - 1 -3; i++) {
            if (arr[i] > arr[i + 1]) {
                temp = arr[i];
                arr[i] = arr[i + 1];
                arr[i + 1] = temp;
            }
        }
        System.out.println("第 4 趟排序后的數(shù)組");
        System.out.println(Arrays.toString(arr));

        // 第 5 趟沒(méi)有必要,因?yàn)檫@里有 5 個(gè)數(shù)字,確定了 4 個(gè)數(shù)字,剩下的那一個(gè)就已經(jīng)出來(lái)了
    }

測(cè)試輸出

第 1 趟排序后的數(shù)組
[3, -1, 9, -2, 10]
第 2 趟排序后的數(shù)組
[-1, 3, -2, 9, 10]
第 3 趟排序后的數(shù)組
[-1, -2, 3, 9, 10]
第 4 趟排序后的數(shù)組
[-2, -1, 3, 9, 10]

從上述的 4 趟排序過(guò)程來(lái)看,循環(huán)體都是一樣的,只是每次循環(huán)的次數(shù)在減少,那么就可以如下簡(jiǎn)化

@Test
public void processDemo2() {
  int arr[] = {3, 9, -1, 10, -2};

  // 總共排序:arr.length - 1
  int temp = 0; // 臨時(shí)變量,交換的時(shí)候使用
  for (int j = 0; j < arr.length - 1; j++) {
    for (int i = 0; i < arr.length - 1 - j; i++) {
      if (arr[i] > arr[i + 1]) {
        temp = arr[i];
        arr[i] = arr[i + 1];
        arr[i + 1] = temp;
      }
    }
    System.out.println("第 " + (j + 1) + " 趟排序后的數(shù)組");
    System.out.println(Arrays.toString(arr));
  }
}

測(cè)試輸出

第 1 趟排序后的數(shù)組
[3, -1, 9, -2, 10]
第 2 趟排序后的數(shù)組
[-1, 3, -2, 9, 10]
第 3 趟排序后的數(shù)組
[-1, -2, 3, 9, 10]
第 4 趟排序后的數(shù)組
[-2, -1, 3, 9, 10]

優(yōu)化

對(duì)于優(yōu)化,減少排序次數(shù)

    @Test
    public void processDemo3() {
        int arr[] = {3, 9, -1, 10, 20};

        // 總共排序:arr.length - 1
        int temp = 0; // 臨時(shí)變量,交換的時(shí)候使用
        boolean change = false;// 標(biāo)識(shí)變量,表示是否進(jìn)行過(guò)交換
        for (int j = 0; j < arr.length - 1; j++) {
            for (int i = 0; i < arr.length - 1 - j; i++) {
                if (arr[i] > arr[i + 1]) {
                    temp = arr[i];
                    arr[i] = arr[i + 1];
                    arr[i + 1] = temp;
                    change = true;
                }
            }
            if(!change){
                // 如果有 1 輪下來(lái),都沒(méi)有進(jìn)行排序,則可以提前退出
                break;
            }else{
                change = false; // 重置 change!!!, 進(jìn)行下次判斷
            }
            System.out.println("第 " + (j + 1) + " 趟排序后的數(shù)組");
            System.out.println(Arrays.toString(arr));
        }
    }

測(cè)試輸出:

第 1 趟排序后的數(shù)組
[3, -1, 9, 10, 20]
第 2 趟排序后的數(shù)組
[-1, 3, 9, 10, 20]

這里更改了原始數(shù)組,因?yàn)閮?yōu)化的點(diǎn),得看你這個(gè)數(shù)組原來(lái)的排序 和 元素組成,算是一種概率問(wèn)題,并不是在任何情況下都可以被優(yōu)化

封裝算法

    /**
     * 把排序算法封裝成一個(gè)方法,方便被復(fù)用
     *
     * @param arr
     */
    public static void bubbleSort(int[] arr) {
        // 總共排序:arr.length - 1
        int temp = 0; // 臨時(shí)變量,交換的時(shí)候使用
        boolean change = false;
        for (int j = 0; j < arr.length - 1; j++) {
            for (int i = 0; i < arr.length - 1 - j; i++) {
                if (arr[i] > arr[i + 1]) {
                    temp = arr[i];
                    arr[i] = arr[i + 1];
                    arr[i + 1] = temp;
                    change = true;
                }
            }
            if(!change){
                // 如果有 1 輪下來(lái),都沒(méi)有進(jìn)行排序,則可以提前退出
                break;
            }else{
                change = false; // 重置 change!!!, 進(jìn)行下次判斷
            }
        }
    }

測(cè)試調(diào)用

    /**
     * 測(cè)試封裝后的算法
     */
    @Test
    public void bubbleSortTest() {
        int[] arr = {3, 9, -1, 10, 20};
        System.out.println("排序前:" + Arrays.toString(arr));
        bubbleSort(arr);
        System.out.println("排序后:" + Arrays.toString(arr));
    }
    

測(cè)試輸出

排序前:[3, 9, -1, 10, 20]
排序后:[-1, 3, 9, 10, 20]

大量數(shù)據(jù)耗時(shí)測(cè)試

排序隨機(jī)生成的 8 萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)

    /**
     * 大量數(shù)據(jù)排序時(shí)間測(cè)試
     */
    @Test
    public void bulkDataSort() {
        int max = 80000;
        int[] arr = new int[max];
        for (int i = 0; i < max; i++) {
            arr[i] = (int) (Math.random() * 80000);
        }

        Instant startTime = Instant.now();
        bubbleSort(arr);
//        System.out.println(Arrays.toString(arr));
        Instant endTime = Instant.now();
        System.out.println("共耗時(shí):" + Duration.between(startTime, endTime).toMillis() + " 毫秒");
    }

測(cè)試輸出

運(yùn)行幾次,差不多在 13 秒左右
共耗時(shí):14656 毫秒
共耗時(shí):13853 毫秒

到此這篇關(guān)于java 排序算法之冒泡排序的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java 冒泡排序內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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