java|java 排序算法之冒泡排序 java排序算法之冒泡排序

基本介绍
图解冒泡排序算法的过程
代码实现

演变过程
优化
封装算法
大量数据耗时测试

基本介绍 【java|java 排序算法之冒泡排序】冒泡排序（Bubble Sorting）（时间复杂度为 O(n2)）的基本思想：通过对待排序序列从前向后（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，就像水底下的旗袍一样逐渐向上冒。
优化点：因为排序过程中，个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判断元素是否进行过交换。从而减少不必要的比较。（该优化点可以在完成基本的冒泡排序之后再做）

图解冒泡排序算法的过程

文章图片

动图：

文章图片

冒泡排序小结：
1.共进行 数组大小 - 1 次大的循环
2.每一趟排序的次数在逐渐的减少
3.优化：如果发现在某趟排序中，没有发生一次交换，则可以提前结束冒泡排序。

代码实现
演变过程
为了容易理解，先演示冒泡排序的演变过程

/*** 为了更好的理解，这里把冒泡排序的演变过程演示出来*/@Testpublic void processDemo() {int arr[] = {3, 9, -1, 10, -2}; // 第 1 趟排序：将最大的数排在最后// 总共排序：arr.length - 1int temp = 0; // 临时变量，交换的时候使用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 趟排序后的数组"); System.out.println(Arrays.toString(arr)); // 第 2 趟排序：将第 2 大的数排在倒数第 2 位// 总共排序：arr.length - 1 - 1；// 从头开始排序，其他没有变化，只是将排序次数减少了一次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 趟排序后的数组"); System.out.println(Arrays.toString(arr)); // 第 3 趟排序：将第 3 大的数排在倒数第 3 位// 总共排序：arr.length - 1 - 2；// 从头开始排序，其他没有变化，只是将排序次数减少了 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 趟排序后的数组"); System.out.println(Arrays.toString(arr)); // 第 4 趟排序：将第 4 大的数排在倒数第 4 位// 总共排序：arr.length - 1 - 3；// 从头开始排序，其他没有变化，只是将排序次数减少了 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 趟排序后的数组"); System.out.println(Arrays.toString(arr)); // 第 5 趟没有必要，因为这里有 5 个数字，确定了 4 个数字，剩下的那一个就已经出来了}

测试输出

第 1 趟排序后的数组
[3, -1, 9, -2, 10]
第 2 趟排序后的数组
[-1, 3, -2, 9, 10]
第 3 趟排序后的数组
[-1, -2, 3, 9, 10]
第 4 趟排序后的数组
[-2, -1, 3, 9, 10]

从上述的 4 趟排序过程来看，循环体都是一样的，只是每次循环的次数在减少，那么就可以如下简化

@Testpublic void processDemo2() {int arr[] = {3, 9, -1, 10, -2}; // 总共排序：arr.length - 1int temp = 0; // 临时变量，交换的时候使用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) + " 趟排序后的数组"); System.out.println(Arrays.toString(arr)); }}

测试输出

第 1 趟排序后的数组
[3, -1, 9, -2, 10]
第 2 趟排序后的数组
[-1, 3, -2, 9, 10]
第 3 趟排序后的数组
[-1, -2, 3, 9, 10]
第 4 趟排序后的数组
[-2, -1, 3, 9, 10]

优化
对于优化，减少排序次数

@Testpublic void processDemo3() {int arr[] = {3, 9, -1, 10, 20}; // 总共排序：arr.length - 1int temp = 0; // 临时变量，交换的时候使用boolean change = false; // 标识变量，表示是否进行过交换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 轮下来，都没有进行排序，则可以提前退出break; }else{change = false; // 重置 change!!!, 进行下次判断}System.out.println("第 " + (j + 1) + " 趟排序后的数组"); System.out.println(Arrays.toString(arr)); }}

测试输出：

第 1 趟排序后的数组
[3, -1, 9, 10, 20]
第 2 趟排序后的数组
[-1, 3, 9, 10, 20]

这里更改了原始数组，因为优化的点，得看你这个数组原来的排序和元素组成，算是一种概率问题，并不是在任何情况下都可以被优化

封装算法

/*** 把排序算法封装成一个方法，方便被复用** @param arr*/public static void bubbleSort(int[] arr) {// 总共排序：arr.length - 1int temp = 0; // 临时变量，交换的时候使用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 轮下来，都没有进行排序，则可以提前退出break; }else{change = false; // 重置 change!!!, 进行下次判断}}}

测试调用

/*** 测试封装后的算法*/@Testpublic 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)); }

测试输出

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

大量数据耗时测试
排序随机生成的 8 万个数据

/*** 大量数据排序时间测试*/@Testpublic 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("共耗时：" + Duration.between(startTime, endTime).toMillis() + " 毫秒"); }

测试输出