排序算法之 冒泡排序及性能优化(时间复杂度+空间复杂度分析)

冒泡排序算法是一种最简单且很实用的一种排序算法,其属于交换排序的一种(还有一种是快速排序算法)。

冒泡算法思想

  • 将序列中的左右元素,依次比较,保证右边的元素始终大于左边的元素
    (第一轮结束后,序列最后一个元素一定是当前序列的最大值)

  • 对序列当中剩下的n-1个元素,再执行上一步操作,直到没有反序的记录为止

  • 对长度为n的序列,一共需要执行n-1轮比较
    排序算法之 冒泡排序及性能优化(时间复杂度+空间复杂度分析)_第1张图片

冒泡算法实现

int i,j,temp;
for(i = 0; i < n-1; i++) //进行n-1轮比较
{
	for(j = 0; j < n-1-i; j++) //每轮中相邻两元素的比较次数
	{
		if(arr[j] > arr[j+1]) //如果出现左侧元素大于右侧元素,则交换
		{
			temp = arr[j];
			arr[j] = arr[j+1];
			arr[j+1] = temp;
		}
	}
}

设想一下:若arr数组本身就是有序的,例如int arr[6] = {2,6,8,9,13,15}
当执行上面代码时,总共还要进行6-1=5轮比较,而第一轮中两两比较要进行5次,(arr[0] 和 arr[1]比较、arr[1] 和 arr[2]比较、arr[2] 和 arr[3]比较、arr[3] 和 arr[4]比较、arr[4] 和 arr[5]比较);第二轮中两两比较又要进行4次,(arr[0] 和 arr[1]比较、arr[1] 和 arr[2]比较、arr[2] 和 arr[3]比较、arr[3] 和 arr[4]比较)… 总共会进行5 + 4 + 3 + 2 + 1次比较

本来元素就是有序的,还进行这么多次比较,算法性能由此降低。

算法改进

int i,j,temp;
Status flag = TRUE; //flag 作为标记
for(i = 0; i < n-1 && flag; i++) //进行n-1轮比较
{
	flag = FALSE; //初始为FLASE,第一轮比较结束后如果flag还为FLASE,相当于本来就有序,双层循环语句执行结束
	for(j = 0; j < n-1-i; j++) //每轮中相邻两元素的比较次数
	{
		if(arr[j] > arr[j+1]) //如果出现左侧元素大于右侧元素,则交换
		{
			temp = arr[j];
			arr[j] = arr[j+1];
			arr[j+1] = temp;
			flag = TRUE; //若有数据交换,则flag置为TRUE
		}
	}
}

这样的改进,使冒泡排序在性能上有了一些提升,可以避免已经在有序的情况下的无意义循环判断

时间复杂度分析

针对性能优化后的排序算法来说
最好的情况是本身就是有序的,只需要进行n-1次比较,没有数据交换,时间复杂度为O(1)
最坏的情况是表元素逆序,需要比较 (n-1) + (n-2) + … + 3 + 2 + 1 = n*(n-1)/2次比较,并作等量级的记录移动,所以总的时间复杂度为O(n^2)
总数,冒泡排序平均时间复杂度为O(n^2)

空间复杂度分析

这里的空间复杂度就是指在交换元素是那个临时变量所占的内存空间
最优空间复杂度就是开始元素顺序有序,无交换,无需使用中间变量,则空间复杂度为0
最差空间复杂度就是元素逆序,则空间复杂度为O(n),表示每次交换时中间变量都重新分配内存空间,也可以直接将中间变量定义在for循环外,为O(1)。
平均空间复杂度为O(1)

你可能感兴趣的:(数据结构排序算法)