[Swift]八大排序算法（一）：冒泡排序

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排序分为内部排序和外部排序。

内部排序：是指待排序列完全存放在内存中所进行的排序过程，适合不太大的元素序列。

外部排序：指的是大文件的排序，即待排序的记录存储在外存储器上，待排序的文件无法一次装入内存，需要在内存和外部存储器之间进行多次数据交换，以达到排序整个文件的目的。

当N小于20的时候，插入排序具有最好的性能。

当N大于20时，快速排序具有最好的性能，尽管归并排序(merge sort)和堆排序(heap sort)复杂度都为nlog2(n)。

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冒泡排序算法

1、算法原理：

(1)、比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换他们两个。

(2)、对每一对相邻元素做同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对。

(3)、针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个。

(4)、持续每次对越来越少的元素重复上面的步骤，直到没有任何一对数字需要比较

2、算法分析：时间复杂度

(1)、若文件的初始状态是正序的，一趟扫描即可完成排序。

所需的关键字比较次数和记录移动次数均达到最小值：，

所以，冒泡排序最好的时间复杂度为  。

(2)、若初始文件是反序的，需要进行

趟排序。每趟排序要进行(1≤i≤n-1)次关键字的比较，且每次比较都必须移动记录三次来达到交换记录位置。在这种情况下，比较和移动次数均达到最大值：

 

 

冒泡排序的最坏时间复杂度为 。

综上，因此冒泡排序总的平均时间复杂度为 。

3、算法稳定性

冒泡排序就是把小的元素往前调或者把大的元素往后调。比较是相邻的两个元素比较，交换也发生在这两个元素之间。所以，如果两个元素相等，是不会再交换的；如果两个相等的元素没有相邻，那么即使通过前面的两两交换把两个相邻起来，这时候也不会交换，所以相同元素的前后顺序并没有改变，所以冒泡排序是一种稳定排序算法。

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 ViewController.swift文件：运行时间（29.0735s）

import UIKit
//对数组类型进行扩展
extension Array
{
    //扩展方法：用来交换数组中的两个位置的元素
    fileprivate mutating func swap(i:Int,j:Int)
    {
        //通过一个临时变量，交换数组中的两个不同位置的元素
        let temp = self[i]
        self[i] = self[j]
        self[j] = temp
    }
}

//对具有可比较性的数组进行扩展
//以实现冒泡排序功能
extension Array where Element:Comparable
{
    //添加一个方法，用来实现具体的排序功能
    //使用mutating关键字修饰方法，
    //是为了能在方法内部修改自身变量的值
    mutating func bubbleSort()
    {
        //对数组自身进行从头至倒数第二的遍历
        for i in 0..<self.count-1
        {
            //从数组的尾部开始
            //向上一个循环语句遍历到的元素进行遍历
            for j in (i+1...self.count-1).reversed()
            {
                //判断两个相邻元素的大小
                if self[j] < self[j-1]
                {
                    //以交换值的方式，调整两个元素的顺序
                    swap(i: j, j: j-1)
                }
            }
        }
    }
}

class ViewController: UIViewController {
    //上面是冒泡排序算法的编写。
    //现在通过可视化的方式，使用冒泡排序算法
    
    //属性1:用来存储需要排序的数组
    var result : Array<Int> = Array<Int>()
    //属性2:统计排序花费的时间
    var date : Date!
    
    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
        //初始化一个整形数组
        var array : Array<Int> = Array<Int>()
        //将1至100的100个整数，存入到该数组中
        for i in 1...100
        {
            array.append(i)
        }
        //添加一个循环语句，
        //用来生成一个由100个随机整数组成的数组
        for _ in 1...100
        {
            //首先根据数组的长度，
            //获得一个1至100的随机整数
            let temp = Int(arc4random() % UInt32(array.count))+1
            //根据随机值从数组中获得指定位置的整数，
            //并存储在用来排序的数组中
            let num = array[temp-1]
            result.append(num)
            //从原数组中移该随机数，以避免获得重复的数字
            array.remove(at: temp-1)
        }
        //添加一个循环语句，
        //用来生成100个自定义视图对象
        for i in 1...100
        {
            //初始化自定义视图对象
            let num = result[i-1]
            //并设置它的显示区域。
            //其中视图的高度，是当前数组中的数字的两倍大小
            let view = SortView(frame: CGRect(x:10+i*3,y:200,width:2,height:num*2))
            view.backgroundColor = .black
            //设置视图的标识值
            view.tag = i
            //并将视图添加到当前视图控制器的根视图
            self.view.addSubview(view)
        }
        //然后添加一个按钮
        //当用户点击该按钮时对数组进行排序
        let bt = UIButton(frame: CGRect(x: 10, y: 340, width: 300, height: 40))
        //设置背景按钮的背景颜色为橙色
        bt.backgroundColor = .orange
        //设置按钮在正常状态下的标题文字
        bt.setTitle("Sort", for: .normal)
        //给按钮对象绑定点击事件，
        bt.addTarget(self, action: #selector(reOrderView), for: .touchUpInside)
        //将按钮添加到当前视图控制器的根视图
        self.view.addSubview(bt)
    }
    
    //添加一个方法，用来响应按钮的点击事件
    @objc func reOrderView()
    {
        //获得当前的日期和时间
        date = Date()
        //在一个全局队列中，以异步的方式对数组进行排序
        //并实时调整和数组中的数值相对应的视图的位置
        DispatchQueue.global().async
        {
            //下面的代码，是对上方的冒泡排序代码的拷贝：
            //首先添加一个循环语句
            //对数组自身进行从头至尾的遍历
            for i in 0..<self.result.count-1
            {
                //从数组尾部开始
                //向上一个循环语句遍历到的元素进行遍历
                for j in (i+1...self.result.count-1).reversed()
                {
                    //判断两个相邻元素的大小，
                    //并以交换值的方式，调整两个元素的顺序
                    if self.result[j] < self.result[j-1]
                    {
                        //由于需要对界面元素进行调整，
                        //所以需要切换至主线程
                        weak var weak_self = self
                        DispatchQueue.main.async
                        {
                            //根据标识值，
                            //获得和需要交换顺序的数组元素相对应的视图对象
                            let view1 = weak_self?.view.viewWithTag(j+1)
                            let view2 = weak_self?.view.viewWithTag(j)
                            //获得两个视图对象的水平坐标X的值
                            let posX1 = view1?.frame.origin.x
                            let posX2 = view2?.frame.origin.x
                            //然后交换两个视图对象的水平坐标的值
                            //从而实现两个视图对象的位置的交换
                            view1?.frame.origin.x = posX2!
                            view2?.frame.origin.x = posX1!
                            //记得更换两个视图对象的标识值
                            view1?.tag = j
                            view2?.tag = j+1
                            //交换数组中两个元素的位置，
                            //从而实现了数据和界面的同步更新
                            self.result.swap(i: j, j: j-1)
                        }
                        //使线程休眠0.01秒，
                        //以方便观察排序的视觉效果
                        Thread.sleep(forTimeInterval: 0.01)
                    }
                }
            }
            //获得排序后的系统时间，
            //并在控制台输出两个时间的差值，
            //从而获得排序所花费的大致时间。
            //考虑线程休眠的影响，此数据仅做参考
            let endDate = Date()
            print(endDate.timeIntervalSince(self.date))
        }
    }
    
    override func didReceiveMemoryWarning() {
        super.didReceiveMemoryWarning()
        // Dispose of any resources that can be recreated.
    }
}

SortView.swift文件

import UIKit

class SortView: UIView {
    //首先重写父类的初始化方法
    override init(frame: CGRect)
    {
        //设置自定义视图对象的显示区域
        super.init(frame: frame)
        self.frame = frame
    }

    //添加一个必须实现的初始化方法
    required init?(coder aDecoder: NSCoder) {
        fatalError("init(coder:) has not been implemented")
    }
    
    //重写父类的重新布局子视图方法
    //将在此视图中对视图进行外观设置
    override func layoutSubviews()
    {
        //首先获得自定义视图在界面中对Y轴坐标
        let y: CGFloat = 300 - frame.height
        //然后重新设置自定义视图的位置
        self.frame = frame
        self.frame.origin.y = y
        //根据自定义视图的高度，计算一个权重数值
        //用于生成不同的背景颜色
        let weight = frame.height / 200
        //生成不同y色相的颜色对象，从而给自定义视图设置不同的背景颜色
        //然后打开ViewController.swift文件
        let color = UIColor(hue: weight, saturation: 1, brightness: 1, alpha: 1)
        self.backgroundColor = color
    }
    /*
    // Only override draw() if you perform custom drawing.
    // An empty implementation adversely affects performance during animation.
    override func draw(_ rect: CGRect) {
        // Drawing code
    }
    */
}