《算法学习》二 冒泡排序分析

前言:

首先回顾下上一章内容,社长给大家讲了讲,如何验证一个算法的好坏。再有就是时间复杂度的功能如何表示。

什么是冒泡排序?

冒泡排序(Bubble Sort)是一种简单的排序算法。

它重复地走访过要排序的元素列,依次比较两个相邻的元素,如果顺序(如从大到小、首字母从从Z到A)错误就把他们交换过来。走访元素的工作是重复地进行直到没有相邻元素需要交换,也就是说该元素列已经排序完成。

这个算法的名字由来是因为越小的元素会经由交换慢慢“浮”到数列的顶端(升序或降序排列),就如同碳酸饮料中二氧化碳的气泡最终会上浮到顶端一样,故名“冒泡排序”。

冒泡排序的算法逻辑是怎么样实现的?

  1. 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大,就交换他们两个。
  2. 对每一对相邻元素做同样的工作,从开始第一对到结尾的最后一对。在这一点,最后的元素应该会是最大的数。
  3. 针对所有的元素重复以上的步骤,除了最后一个。
  4. 持续每次对越来越少的元素重复上面的步骤,直到没有任何一对数字需要比较

排序过程

 


详细是怎么样移动比较的,请听娓娓道来。
假设有这样一个数组,需要进行一场拳王争霸赛,有编号为4,10,9,8,1这前5位选手参加,为了保证赛场的公平公正,让每一个人都无法可说。我们通过冒泡排序赛制的方式,来开展。

 


首先进行第一届拳王争霸赛比赛
第一轮
第一次pk:

 


4和10比较,10大,不换位置
第2次pk:

 


10和9比较,10大,换位置,恭喜叫10的选手再次ko掉一个选手
变成

 


第三次PK:

 


10和8比,10大,换位置,恭喜叫10的选手再次ko掉一个选手
变成

 


第四次pk:

 


10和1比较,10大,交换位置,恭喜叫10的选手再次ko掉一个选手
就这样,第一届拳王争霸赛,编号为10的选手获得冠军。

 


第二轮:
由于我们已经选出第一名是选手编号为10的,这第二轮的任务就是选出亚军top2,实际上选手10,已经是公认的第一,所以,他就不参加相关的后续比赛。
根据第一轮,我们依次选出第2名,是选手9
因此类推。
最终的排名已经出来了。

 

了解了冒泡排序的一个算法,我们再来看看他通过代码如何实现。

import java.util.Arrays;

/**
 * Description:
 * Author: wude
 * Date:  2020/1/5 14:22
 * Modified By:
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arrs = {4,10,9,8,1};
        sort(arrs);
        for (int i=0;i<arrs.length;i++){
            System.out.println(arrs[i]);
        }
    }

    public static void sort(int []arr) {
        for(int i =1;i<arr.length;i++) {
            for(int j=0;j<arr.length-i;j++) {
                if(arr[j]>arr[j+1]) {
                    int temp = arr[j];
                    arr[j]=arr[j+1];
                    arr[j+1]=temp;
                };
            };
            System.out.println(Arrays.toString(arr));
        }
    }
}

为什么冒泡排序的表达式为O(N²)?

下面我们来推导一下
第一次是N
第二次是N-1
….
最后一次是1
是一个等差数列,所以他最终的表达可能为这种结构
aN²+bN+1
通过我上一章说的,不要低阶项,也不要高阶项系数。
所以最终冒泡排序的时间复杂度为O(N²),由于他只是进行内部的一个位置交换,所以他的性能是稳定的。

注意:我这里实现的冒泡排序,为了讲解需要,方便理解,是性能最差的一种。大家可以试着自己优化一下。

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