面試 9：用 Java 實(shí)現(xiàn)冒泡排序
南塵的朋友們，新的一周好，原本打算繼續(xù)講鏈表考點(diǎn)算法的乐导，這里姑且是卡一段。雖然在我們 Android 開發(fā)中浸颓，很少涉及到排序算法物臂，因?yàn)榛竟俜蕉紟臀覀兎庋b好了旺拉，但排序算法也是非常重要的，在面試中 歸并排序 和 快速排序 一直為高頻考點(diǎn)鹦聪，但在學(xué)習(xí)它們之前账阻，我們必須得先把三大基礎(chǔ)算法學(xué)會(huì)，畢竟層層遞進(jìn)泽本，方得始終嘛。
冒泡排序
冒泡排序恐怕是我們計(jì)算機(jī)專業(yè)課程上以第一個(gè)接觸到的排序算法姻僧，也算是一種入門級(jí)的排序算法规丽。它的基本思想是：兩兩比較相鄰記錄的關(guān)鍵字，如何反序則交換撇贺，直到?jīng)]有反序的記錄為止赌莺。
冒泡排序算法原理：
- 比較相鄰的元素。如果第一個(gè)比第二個(gè)大松嘶，就交換他們兩個(gè)艘狭。
- 對(duì)每一對(duì)相鄰元素作同樣的工作，從開始第一對(duì)到結(jié)尾的最后一對(duì)翠订。這步做完后巢音，最后的元素會(huì)是最大的數(shù)。
- 針對(duì)所有的元素重復(fù)以上的步驟尽超，除了最后一個(gè)官撼。
- 持續(xù)每次對(duì)越來越少的元素重復(fù)上面的步驟，直到?jīng)]有任何一對(duì)數(shù)字需要比較似谁。
一次比較過程如圖所示：
我們通常容易想到最簡單的實(shí)現(xiàn)代碼：
public class Test09 {
private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[j];
arr[j] = temp;
}
private static void printArr(int[] arr) {
for (int anArr : arr) {
System.out.print(anArr + " ");
}
}
private static void bubbleSort(int[] arr) {
if (arr == null)
return;
for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {
if (arr[i] > arr[j])
swap(arr, i, j);
}
}
}
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {6, 4, 2, 1, 8, 3, 7, 9, 5};
bubbleSort(arr);
printArr(arr);
}
}
嚴(yán)格地講傲绣，上面的算法并不是冒泡排序，因?yàn)?它完全不符合兩兩相鄰比較巩踏。它更應(yīng)該是最最簡單的就交換排序而已秃诵。它的思路是讓每一個(gè)關(guān)鍵字，都和它后面的每一個(gè)關(guān)鍵字比較塞琼，如果大則交換菠净，這樣第一位置的關(guān)鍵字在一次循環(huán)后一定變成最小值。
我們不妨來看看正宗的冒泡排序算法屈梁。
public class Test09 {
private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[j];
arr[j] = temp;
}
private static void printArr(int[] arr) {
for (int anArr : arr) {
System.out.print(anArr + " ");
}
}
private static void bubbleSort(int[] arr) {
if (arr == null)
return;
for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
for (int j = 1; j < arr.length - i; j++) {
if (arr[j - 1] > arr[j]) {
swap(arr, j - 1, j);
}
}
}
}
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {6, 4, 2, 1, 8, 3, 7, 9, 5};
bubbleSort(arr);
printArr(arr);
}
}
上述代碼是否完美了呢嗤练？答案是否定的，我們假設(shè)待排序的序列是 {2在讶，1煞抬，3，4构哺，5革答，6战坤，7，8残拐，9}途茫，也就是說，除了第一和第二個(gè)關(guān)鍵字需要交換外溪食，別的都應(yīng)該是正常的順序囊卜，當(dāng) i = 1 時(shí)，交換了 2 和 1 的位置错沃，此時(shí)已經(jīng)有序栅组，但是算法依然不依不撓地將 i = 2 到 9 以及每一個(gè)內(nèi)循環(huán)都執(zhí)行了一遍，盡管沒有交換數(shù)據(jù)枢析，但之后的大量比較還是大大的多余了玉掸。所以我們完全可以設(shè)置一個(gè)標(biāo)記位 isSort，當(dāng)我們比較一次后都沒有交換醒叁，則代表數(shù)組已經(jīng)有序了司浪，此時(shí)直接退出循環(huán)即可。
既然思路已經(jīng)確定把沼，那代碼自然是很信手拈來了啊易。
public class Test09 {
private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[j];
arr[j] = temp;
}
private static void printArr(int[] arr) {
for (int anArr : arr) {
System.out.print(anArr + " ");
}
}
private static void bubbleSort(int[] arr) {
if (arr == null)
return;
// 定義一個(gè)標(biāo)記 isSort，當(dāng)其值為 true 的時(shí)候代表已經(jīng)有序智政。
boolean isSort;
for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
isSort = true;
for (int j = 1; j < arr.length - i; j++) {
if (arr[j - 1] > arr[j]) {
swap(arr, j - 1, j);
isSort = false;
}
}
if (isSort)
break;
}
}
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {6, 4, 2, 1, 8, 3, 7, 9, 5};
bubbleSort(arr);
printArr(arr);
}
}
Perfect 的代碼认罩，但冒泡排序在數(shù)組長度較大的時(shí)候，效率真的很低下续捂，所以在實(shí)際生產(chǎn)中垦垂，我們也很少使用這種算法。
冒泡排序時(shí)間空間復(fù)雜度及算法穩(wěn)定性分析
對(duì)于長度為 n 的數(shù)組牙瓢，冒泡排序需要經(jīng)過 n(n-1)/2 次比較劫拗，最壞的情況下，即數(shù)組本身是倒序的情況下矾克，需要經(jīng)過 n(n-1)/2 次交換页慷，所以其
冒泡排序的算法時(shí)間平均復(fù)雜度為 O(n2)⌒哺剑空間復(fù)雜度為 O(1)酒繁。
可以想象一下：如果兩個(gè)相鄰的元素相等是不會(huì)進(jìn)行交換操作的，也就是兩個(gè)相等元素的先后順序是不會(huì)改變的控妻。如果兩個(gè)相等的元素沒有相鄰州袒，那么即使通過前面的兩兩交換把兩個(gè)元素相鄰起來，最終也不會(huì)交換它倆的位置弓候，所以相同元素經(jīng)過排序后順序并沒有改變郎哭。
所以冒泡排序是一種穩(wěn)定排序算法他匪。所以冒泡排序是穩(wěn)定排序。這也正是算法穩(wěn)定性的定義：
排序算法的穩(wěn)定性：通俗地講就是能保證排序前兩個(gè)相等的數(shù)據(jù)其在序列中的先后位置順序與排序后它們兩個(gè)先后位置順序相同夸研。
冒泡排序總結(jié)：
- 冒泡排序的算法時(shí)間平均復(fù)雜度為 O(n2)邦蜜。
- 空間復(fù)雜度為 O(1)。
- 冒泡排序?yàn)榉€(wěn)定排序亥至。
考慮到不少讀者說每天代碼量太多的問題悼沈，我們今天就只講冒泡排序的 Java 實(shí)現(xiàn)，我們明天將帶來三大簡單排序的另外兩種抬闯，選擇排序 和 插入排序井辆。
