漫画：什么是冒泡排序
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什么是冒泡排序？
冒泡排序的英文Bubble Sort，是一種最基礎(chǔ)的交換排序。
大家一定都喝過汽水，汽水中常常有許多小小的氣泡，嘩啦嘩啦飄到上面來。這是因?yàn)榻M成小氣泡的二氧化碳比水要輕，所以小氣泡可以一點(diǎn)一點(diǎn)向上浮動(dòng)。
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而我們的冒泡排序之所以叫做冒泡排序，正是因?yàn)檫@種排序算法的每一個(gè)元素都可以像小氣泡一樣，根據(jù)自身大小，一點(diǎn)一點(diǎn)向著數(shù)組的一側(cè)移動(dòng)。
具體如何來移動(dòng)呢？讓我們來看一個(gè)栗子：
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有8個(gè)數(shù)組成一個(gè)無序數(shù)列：5，8，6，3，9，2，1，7，希望從小到大排序。
按照冒泡排序的思想，我們要把相鄰的元素兩兩比較，根據(jù)大小來交換元素的位置，過程如下：
首先讓5和8比較，發(fā)現(xiàn)5比8要小，因此元素位置不變。
接下來讓8和6比較，發(fā)現(xiàn)8比6要大，所以8和6交換位置。
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繼續(xù)讓8和3比較，發(fā)現(xiàn)8比3要大，所以8和3交換位置。
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繼續(xù)讓8和9比較，發(fā)現(xiàn)8比9要小，所以元素位置不變。
接下來讓9和2比較，發(fā)現(xiàn)9比2要大，所以9和2交換位置。
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接下來讓9和1比較，發(fā)現(xiàn)9比1要大，所以9和1交換位置。
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最后讓9和7比較，發(fā)現(xiàn)9比7要大，所以9和7交換位置。
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這樣一來，元素9作為數(shù)列的最大元素，就像是汽水里的小氣泡一樣漂啊漂，漂到了最右側(cè)。
這時(shí)候，我們的冒泡排序的第一輪結(jié)束了。數(shù)列最右側(cè)的元素9可以認(rèn)為是一個(gè)有序區(qū)域，有序區(qū)域目前只有一個(gè)元素。
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下面，讓我們來進(jìn)行第二輪排序：
首先讓5和6比較，發(fā)現(xiàn)5比6要小，因此元素位置不變。
接下來讓6和3比較，發(fā)現(xiàn)6比3要大，所以6和3交換位置。
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繼續(xù)讓6和8比較，發(fā)現(xiàn)6比8要小，因此元素位置不變。
接下來讓8和2比較，發(fā)現(xiàn)8比2要大，所以8和2交換位置。
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接下來讓8和1比較，發(fā)現(xiàn)8比1要大，所以8和1交換位置。
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繼續(xù)讓8和7比較，發(fā)現(xiàn)8比7要大，所以8和7交換位置。
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第二輪排序結(jié)束后，我們數(shù)列右側(cè)的有序區(qū)有了兩個(gè)元素，順序如下：
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至于后續(xù)的交換細(xì)節(jié)，我們這里就不詳細(xì)描述了，第三輪過后的狀態(tài)如下：
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第四輪過后狀態(tài)如下：
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第五輪過后狀態(tài)如下：
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第六輪過后狀態(tài)如下：
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第七輪過后狀態(tài)如下（已經(jīng)是有序了，所以沒有改變）：
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第八輪過后狀態(tài)如下（同樣沒有改變）：
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到此為止，所有元素都是有序的了，這就是冒泡排序的整體思路。
原始的冒泡排序是穩(wěn)定排序。由于該排序算法的每一輪要遍歷所有元素，輪轉(zhuǎn)的次數(shù)和元素?cái)?shù)量相當(dāng)，所以時(shí)間復(fù)雜度是O（N^2）?。
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冒泡排序第一版：
public class BubbleSort {
private static void sort(int array[])
{
? ?int tmp ?= 0;
? ?
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for(int i = 0; i < array.length; i++){
? ? ? ?for(int j = 0; j < array.length - i - 1; j++)
? ? ? ?{
? ? ? ? ? ?if(array[j] > array[j+1])
? ? ? ? ? ?{
? ? ? ? ? ? ? ?tmp = array[j];
? ? ? ? ? ? ? ?array[j] = array[j+1];
? ? ? ? ? ? ? ?array[j+1] = tmp;
? ? ? ? ? ?}
? ? ? ?}
? ?}
}
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public static void main(String[] args){
? ?int[] array = new int[]{5,8,6,3,9,2,1,7};
? ?sort(array);
? ?System.out.println(Arrays.toString(array));
}
}
代碼非常簡(jiǎn)單，使用雙循環(huán)來進(jìn)行排序。外部循環(huán)控制所有的回合，內(nèi)部循環(huán)代表每一輪的冒泡處理，先進(jìn)行元素比較，再進(jìn)行元素交換。
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原始的冒泡排序有哪些優(yōu)化點(diǎn)呢？
讓我們回顧一下剛才描述的排序細(xì)節(jié)，仍然以5，8，6，3，9，2，1，7這個(gè)數(shù)列為例，當(dāng)排序算法分別執(zhí)行到第六、第七、第八輪的時(shí)候，數(shù)列狀態(tài)如下：
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很明顯可以看出，自從經(jīng)過第六輪排序，整個(gè)數(shù)列已然是有序的了。可是我們的排序算法仍然“兢兢業(yè)業(yè)”地繼續(xù)執(zhí)行第七輪、第八輪。
這種情況下，如果我們能判斷出數(shù)列已經(jīng)有序，并且做出標(biāo)記，剩下的幾輪排序就可以不必執(zhí)行，提早結(jié)束工作。
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冒泡排序第二版
public class BubbleSort {
private static void sort(int array[])
{
? ? int tmp ?= 0;
? ?for(int i = 0; i < array.length; i++)
? ?{
? ? ? ?//有序標(biāo)記，每一輪的初始是true
? ? ? ?boolean isSorted = true;
? ? ? ?for(int j = 0; j < array.length - i - 1; j++)
? ? ? ?{
? ? ? ? ? ?if(array[j] > array[j+1])
? ? ? ? ? ?{
? ? ? ? ? ? ? ?tmp = array[j];
? ? ? ? ? ? ? ?array[j] = array[j+1];
? ? ? ? ? ? ? ?array[j+1] = tmp;
? ? ? ? ? ? ? ?//有元素交換，所以不是有序，標(biāo)記變?yōu)閒alse
? ? ? ? ? ? ? ?isSorted = false;
? ? ? ? ? ?}
? ? ? ?}
? ? ? ?if(isSorted){
? ? ? ? ? ?break;
? ? ? ?}
? ?}
}
?
public static void main(String[] args){
? ?int[] array = new int[]{5,8,6,3,9,2,1,7};
? ?sort(array);
? ?System.out.println(Arrays.toString(array));
}
}
這一版代碼做了小小的改動(dòng)，利用布爾變量isSorted作為標(biāo)記。如果在本輪排序中，元素有交換，則說明數(shù)列無序；如果沒有元素交換，說明數(shù)列已然有序，直接跳出大循環(huán)。
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為了說明問題，咱們這次找一個(gè)新的數(shù)列：
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這個(gè)數(shù)列的特點(diǎn)是前半部分（3，4，2，1）無序，后半部分（5，6，7，8）升序，并且后半部分的元素已經(jīng)是數(shù)列最大值。
讓我們按照冒泡排序的思路來進(jìn)行排序，看一看具體效果：
第一輪
元素3和4比較，發(fā)現(xiàn)3小于4，所以位置不變。
元素4和2比較，發(fā)現(xiàn)4大于2，所以4和2交換。
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元素4和1比較，發(fā)現(xiàn)4大于1，所以4和1交換。
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元素4和5比較，發(fā)現(xiàn)4小于5，所以位置不變。
元素5和6比較，發(fā)現(xiàn)5小于6，所以位置不變。
元素6和7比較，發(fā)現(xiàn)6小于7，所以位置不變。
元素7和8比較，發(fā)現(xiàn)7小于8，所以位置不變。
第一輪結(jié)束，數(shù)列有序區(qū)包含一個(gè)元素：
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第二輪
元素3和2比較，發(fā)現(xiàn)3大于2，所以3和2交換。
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元素3和1比較，發(fā)現(xiàn)3大于1，所以3和1交換。
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元素3和4比較，發(fā)現(xiàn)3小于4，所以位置不變。
元素4和5比較，發(fā)現(xiàn)4小于5，所以位置不變。
元素5和6比較，發(fā)現(xiàn)5小于6，所以位置不變。
元素6和7比較，發(fā)現(xiàn)6小于7，所以位置不變。
元素7和8比較，發(fā)現(xiàn)7小于8，所以位置不變。
第二輪結(jié)束，數(shù)列有序區(qū)包含一個(gè)元素：
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這個(gè)問題的關(guān)鍵點(diǎn)在哪里呢？關(guān)鍵在于對(duì)數(shù)列有序區(qū)的界定。
按照現(xiàn)有的邏輯，有序區(qū)的長度和排序的輪數(shù)是相等的。比如第一輪排序過后的有序區(qū)長度是1，第二輪排序過后的有序區(qū)長度是2 ......
實(shí)際上，數(shù)列真正的有序區(qū)可能會(huì)大于這個(gè)長度，比如例子中僅僅第二輪，后面5個(gè)元素實(shí)際都已經(jīng)屬于有序區(qū)。因此后面的許多次元素比較是沒有意義的。
如何避免這種情況呢？我們可以在每一輪排序的最后，記錄下最后一次元素交換的位置，那個(gè)位置也就是無序數(shù)列的邊界，再往后就是有序區(qū)了。
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冒泡排序第三版
public class BubbleSort {
private static void sort(int array[])
{
? ?int tmp ?= 0;
? ?//記錄最后一次交換的位置
? ?int lastExchangeIndex = 0;
? ?//無序數(shù)列的邊界，每次比較只需要比到這里為止
? ?int sortBorder = array.length - 1;
? ?for(int i = 0; i < array.length; i++)
? ?{
? ? ? ?//有序標(biāo)記，每一輪的初始是true
? ? ? ?boolean isSorted = true;
?
? ? ? ?for(int j = 0; j < sortBorder; j++)
? ? ? ?{
? ? ? ? ? ?if(array[j] > array[j+1])
? ? ? ? ? ?{
? ? ? ? ? ? ? ?tmp = array[j];
? ? ? ? ? ? ? ?array[j] = array[j+1];
? ? ? ? ? ? ? ?array[j+1] = tmp;
? ? ? ? ? ? ? ?//有元素交換，所以不是有序，標(biāo)記變?yōu)閒alse
? ? ? ? ? ? ? ?isSorted = false;
? ? ? ? ? ? ? ?//把無序數(shù)列的邊界更新為最后一次交換元素的位置
? ? ? ? ? ? ? ?lastExchangeIndex = j;
? ? ? ? ? ?}
? ? ? ?}
? ? ? ?sortBorder = lastExchangeIndex;
? ? ? ?if(isSorted){
? ? ? ? ? ?break;
? ? ? ?}
? ?}
}
?
?
public static void main(String[] args){
? ?int[] array = new int[]{3,4,2,1,5,6,7,8};
? ?sort(array);
? ?System.out.println(Arrays.toString(array));
}
}
這一版代碼中，sortBorder就是無序數(shù)列的邊界。每一輪排序過程中，sortBorder之后的元素就完全不需要比較了，肯定是有序的。
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幾點(diǎn)補(bǔ)充：
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本漫畫純屬娛樂，還請(qǐng)大家盡量珍惜當(dāng)下的工作，切勿模仿小灰的行為哦。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的漫画：什么是冒泡排序的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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