第 7 章 排序算法(2)(冒泡排序)

7.5冒泡排序

7.5.1基本介绍

冒泡排序（Bubble Sorting）的基本思想是：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，就象水底下的气泡一样逐渐向上冒。

优化：
因为排序的过程中，各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flag判断元素是否进行过交换。从而减少不必要的比较。(这里说的优化，可以在冒泡排序写好后，在进行)

7.5.2演示冒泡过程的例子(图解)

小结上面的图解过程:
(1) 一共进行 数组的大小-1 次 大的循环
(2)每一趟排序的次数在逐渐的减少
(3) 如果我们发现在某趟排序中，没有发生一次交换，可以提前结束冒泡排序。这个就是优化

7.5.3冒泡排序应用实例

我们举一个具体的案例来说明冒泡法。我们将五个无序的数：3, 9, -1, 10, -2 使用冒泡排序法将其排成一个从小到大的有序数列。

代码实现：

原始的冒泡法排序：

public static void main(String[] args) {
        int arr[] = {3, 9, -1, 10, -2};

        //冒泡排序 的时间复杂度O(n^2)
        int temp = 0;//临时变量
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
                //如果前面的数比后面的数大，则交换
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                }
            }
            System.out.println("第" + (i + 1) + "躺排序后的数组");
            System.out.println(Arrays.toString(arr));
        }
    }

优化后的冒泡法排序：
（追加flag判断标识）

 public static void main(String[] args) {
        int arr[] = {3, 9, -1, 10, -2};

        System.out.println("排序前数组：");
        System.out.println(Arrays.toString(arr));

        bubbleSort(arr);

        System.out.println("排序后数组：");
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }

    public static void bubbleSort(int[] arr) {
        //冒泡排序 的时间复杂度O(n^2)
        int temp = 0;//临时变量
        boolean flag = false;//标识变量，表示是否进行过交换
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
                //如果前面的数比后面的数大，则交换
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    flag = true;
                    temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                }
            }

            if (!flag) {
                break;//在一趟排序中，一次交换都没有发生过
            } else {
                flag = false;//重置flag，进行下次判断
            }
        }
    }

测试冒泡法排序的速度：

public static void main(String[] args) {
        //测试一下冒泡排序的速度O(n^2), 给80000个数据 测试
        int arr[] = new int[80000];
        for (int i = 0, size = arr.length; i < size; i++) {
            arr[i] = (int) (Math.random() * 80000);//生成一个【0，80000)数
        }

        long startTime = System.currentTimeMillis();
        bubbleSort(arr);
        long endTime = System.currentTimeMillis();

        SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        String start = dateFormat.format(new Date(startTime));
        String end = dateFormat.format(new Date(endTime));
        System.out.println("排序前时间：" + start);// 2023-08-20 09:57:17
        System.out.println("排序后时间：" + end);// 2023-08-20 09:57:28
    }
    
public static void bubbleSort(int[] arr) {
        //冒泡排序 的时间复杂度O(n^2)
        int temp = 0;//临时变量
        boolean flag = false;//标识变量，表示是否进行过交换
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
                //如果前面的数比后面的数大，则交换
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    flag = true;
                    temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                }
            }

            if (!flag) {
                break;//在一趟排序中，一次交换都没有发生过
            } else {
                flag = false;//重置flag，进行下次判断
            }
        }
    }