C語言學習：將數組元素進行冒泡排序

在實際開發中，有不少場景須要咱們將數組元素按照從大到小（或者從小到大）的順序排列，這樣在查閱數據時會更加直觀，例如：

一個保存了商品單價的數組，排序後更容易看出它們的性價比。

對數組元素進行排序的方法有不少種，好比冒泡排序、歸併排序、選擇排序、插入排序、快速排序等，其中最經典最須要掌握的是「冒泡排序」。

以從小到大排序爲例，冒泡排序的總體思想是這樣的：

從數組頭部開始，不斷比較相鄰的兩個元素的大小，讓較大的元素逐漸日後移動（交換兩個元素的值），直到數組的末尾。通過第一輪的比較，就能夠找到最大的元素，並將它移動到最後一個位置。

第一輪結束後，繼續第二輪。仍然從數組頭部開始比較，讓較大的元素逐漸日後移動，直到數組的倒數第二個元素爲止。通過第二輪的比較，就能夠找到次大的元素，並將它放到倒數第二個位置。

以此類推，進行 n-1（n 爲數組長度）輪「冒泡」後，就能夠將全部的元素都排列好。

整個排序過程就好像氣泡不斷從水裏冒出來，最大的先出來，次大的第二齣來，最小的最後出來，因此將這種排序方式稱爲冒泡排序（Bubble Sort）。

下面咱們以「3  2  4  1」爲例對冒泡排序進行說明。

第一輪  排序過程

3  2  4  1    （最初）

2  3  4  1    （比較3和2，交換）

2  3  4  1    （比較3和4，不交換）

2  3  1  4    （比較4和1，交換）

第一輪結束，最大的數字 4 已經在最後面，所以第二輪排序只須要對前面三個數進行比較。

第二輪  排序過程

2  3  1  4 （第一輪排序結果）

2  3  1  4 （比較2和3，不交換）

2  1  3  4 （比較3和1，交換）

第二輪結束，次大的數字 3 已經排在倒數第二個位置，因此第三輪只須要比較前兩個元素。

第三輪  排序過程

2  1  3  4  （第二輪排序結果）

1  2  3  4  （比較2和1，交換）

至此，排序結束。

算法總結及實現

對擁有 n 個元素的數組 R[n] 進行 n-1 輪比較。

第一輪，逐個比較 (R[1], R[2]),  (R[2], R[3]),  (R[3], R[4]),  …….  (R[N-1], R[N])，最大的元素被移動到 R[n] 上。

第二輪，逐個比較 (R[1], R[2]),  (R[2], R[3]),  (R[3], R[4]),  …….  (R[N-2], R[N-1])，次大的元素被移動到 R[n-1] 上。

。。。。。。

以此類推，直到整個數組從小到大排序。

具體的代碼實現以下所示：

#include <stdio.h>

int main(){

  int nums[10] = {4, 5, 2, 10, 7, 1, 8, 3, 6, 9};

  int i, j, temp;

  //冒泡排序算法：進行 n-1 輪比較

  for(i=0; i<10-1; i++){

    //每一輪比較前 n-1-i 個，也就是說，已經排序好的最後 i 個不用比較

    for(j=0; j<10-1-i; j++){

      if(nums[j] > nums[j+1]){

        temp = nums[j];

        nums[j] = nums[j+1];

        nums[j+1] = temp;

      }

    }

  }

 

  //輸出排序後的數組

  for(i=0; i<10; i++){

    printf("%d ", nums[i]);

  }

  printf("\n");

 

  return 0;

}

運行結果：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

優化算法

上面的算法是大部分教材中提供的算法，其中有一點是能夠優化的：當比較到第 i 輪的時候，若是剩下的元素已經排序好了，那麼就不用再繼續比較了，跳出循環便可，這樣就減小了比較的次數，提升了執行效率。

未經優化的算法必定會進行 n-1 輪比較，通過優化的算法最多進行 n-1 輪比較，高下立判。

優化後的算法實現以下所示：

#include <stdio.h>

int main(){

  int nums[10] = {4, 5, 2, 10, 7, 1, 8, 3, 6, 9};

  int i, j, temp, isSorted;

 

  //優化算法：最多進行 n-1 輪比較

  for(i=0; i<10-1; i++){

    isSorted = 1; //假設剩下的元素已經排序好了

    for(j=0; j<10-1-i; j++){

      if(nums[j] > nums[j+1]){

        temp = nums[j];

        nums[j] = nums[j+1];

        nums[j+1] = temp;

        isSorted = 0; //一旦須要交換數組元素，就說明剩下的元素沒有排序好

      }

    }

    if(isSorted) break; //若是沒有發生交換，說明剩下的元素已經排序好了

  }

  for(i=0; i<10; i++){

    printf("%d ", nums[i]);

  }

  printf("\n");

 

  return 0;

}

咱們額外設置了一個變量 isSorted，用它做爲標誌，值爲「真」表示剩下的元素已經排序好了，值爲「假」表示剩下的元素還未排序好。

每一輪比較以前，咱們預先假設剩下的元素已經排序好了，並將 isSorted 設置爲「真」，一旦在比較過程當中須要交換元素，就說明假設是錯的，剩下的元素沒有排序好，因而將 isSorted 的值更改成「假」。

每一輪循環結束後，經過檢測 isSorted 的值就知道剩下的元素是否排序好。

 

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