3分钟理解冒泡排序java版

概念

冒泡排序（BubbleSorting）的基本思想是：通过目标序列从前向后（从下标较小的元素开始）,依次比较相邻元素的值，若发现逆序则交换，使值较大的元素逐渐从前移向后部，就象水底下的气泡一样逐渐向上冒。

注意：

因为排序的过程中，各元素不断接近自己的位置，如果一趟比较下来没有进行过交换，就说明序列有序，因此要在排序过程中设置一个标志flag判断元素是否进行过交换。从而减少不必要的比较。

图解

说明：

1. 一共需要走数组长度-1趟；
2. 每一趟排序的次数都在减少
3. 如何优化：如果某趟没有交换就跳出这一趟循环；

循序渐进

下面看一下如何通过一次排序后把最大元素放到后面：

public class Demo03_BubbleSort {

    public static void main(String[] args) {
        int arr[] = {3,9,-1,10,20};

        System.out.println("排序前");
        System.out.println(Arrays.toString(arr));

        // 第1趟排序，就是将第1大的数排在倒数第1位
        for (int j = 0; j < arr.length - 1 ; j++) {
            // 如果前面的数比后面的数大，则交换
            swap(arr,j,j+1);
        }

        System.out.println("第一趟排序后的数组");
        System.out.println(Arrays.toString(arr));

      // 第二趟排序，就是将第二大的数排在倒数第二位

      for (int j = 0; j < arr.length - 1 - 1 ; j++) {
         // 如果前面的数比后面的数大，则交换
            swap(arr,j,j+1);
      }

      System.out.println("第二趟排序后的数组");
      System.out.println(Arrays.toString(arr));


      // 第三趟排序，就是将第三大的数排在倒数第三位

      for (int j = 0; j < arr.length - 1 - 2; j++) {
         // 如果前面的数比后面的数大，则交换
            swap(arr,j,j+1);
      }

      System.out.println("第三趟排序后的数组");
      System.out.println(Arrays.toString(arr));

      // 第四趟排序，就是将第4大的数排在倒数第4位

      for (int j = 0; j < arr.length - 1 - 3; j++) {
         // 如果前面的数比后面的数大，则交换
            swap(arr,j,j+1);
      }

      System.out.println("第四趟排序后的数组");
      System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}

输出：

排序前
[3, 9, -1, 10, 20]
第一趟排序后的数组
[3, -1, 9, 10, 20]
第二趟排序后的数组
[-1, 3, 9, 10, 20]
第三趟排序后的数组
[-1, 3, 9, 10, 20]
第四趟排序后的数组
[-1, 3, 9, 10, 20]

代码实现

// 将前面的冒泡排序算法，封装成一个方法
public static void bubbleSort(int[] arr) {
    // 冒泡排序 时间复杂度 O(n^2)
    int temp = 0; // 临时变量
    for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
            // 如果前面的数比后面的数大，则交换
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                }
            }
        }
    }
}

// 优化版
public static void bubbleSort2(int[] arr) {
    // 冒泡排序 时间复杂度 O(n^2)
    int temp = 0; // 临时变量
    boolean flag = false; // 标识变量，表示是否进行过交换
    for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
            // 如果前面的数比后面的数大，则交换
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                flag = true;
                temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
        if (!flag) { // 在一趟排序中，一次交换都没有发生过
            break;
        } else {
            flag = false; // 重置flag!!!, 进行下次判断
        }
    }
}

测试案例

分普通数据和测试8万个无序数组两种

public static void main(String[] args) {
    int arr[] = {3, 9, -1, 10, 20};

    System.out.println("排序前");
    System.out.println(Arrays.toString(arr));
    //测试冒泡排序
    bubbleSort(arr);
    System.out.println("排序后");
    System.out.println(Arrays.toString(arr));
    // 8万数据
    testArray();
}

// 测试一下冒泡排序的速度O(n^2), 给80000个数据，测试
// 创建要给80000个的随机的数组
public static void testArray() {
    int[] arr = new int[80000];
    for (int i = 0; i < 80000; i++) {
        arr[i] = (int) (Math.random() * 8000000); //生成一个[0, 8000000) 数
    }

    Date data1 = new Date();
    SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
    String date1Str = simpleDateFormat.format(data1);
    System.out.println("排序前的时间是=" + date1Str);

    //测试冒泡排序
    bubbleSort(arr);
    Date data2 = new Date();
    String date2Str = simpleDateFormat.format(data2);
    System.out.println("排序后的时间是=" + date2Str);
}

输出结果：

排序前
[3, 9, -1, 10, 20]
排序后
[-1, 3, 9, 10, 20]
排序前的时间是=2019-08-31 21:34:34
排序后的时间是=2019-08-31 21:34:48