面試 9：Java 玩轉冒泡排序

面試 9：用 Java 實現冒泡排序

南塵的朋友們，新的一週好，本來打算繼續講鏈表考點算法的，這裏姑且是卡一段。雖然在咱們 Android 開發中，不多涉及到排序算法，由於基本官方都幫咱們封裝好了，但排序算法也是很是重要的，在面試中 歸併排序 和 快速排序 一直爲高頻考點，但在學習它們以前，咱們必須得先把三大基礎算法學會，畢竟層層遞進，方得始終嘛。

冒泡排序

冒泡排序恐怕是咱們計算機專業課程上以第一個接觸到的排序算法，也算是一種入門級的排序算法。它的基本思想是：兩兩比較相鄰記錄的關鍵字，如何反序則交換，直到沒有反序的記錄爲止。

冒泡排序算法原理：

1. 比較相鄰的元素。若是第一個比第二個大，就交換他們兩個。
2. 對每一對相鄰元素做一樣的工做，從開始第一對到結尾的最後一對。這步作完後，最後的元素會是最大的數。
3. 針對全部的元素重複以上的步驟，除了最後一個。
4. 持續每次對愈來愈少的元素重複上面的步驟，直到沒有任何一對數字須要比較。

一次比較過程如圖所示：

圖片來源於網絡

咱們一般容易想到最簡單的實現代碼：

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); } } 

嚴格地講，上面的算法並非冒泡排序，由於 它徹底不符合兩兩相鄰比較。它更應該是最最簡單的就交換排序而已。它的思路是讓每個關鍵字，都和它後面的每個關鍵字比較，若是大則交換，這樣第一位置的關鍵字在一次循環後必定變成最小值。

咱們不妨來看看正宗的冒泡排序算法。

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？答案是否認的，咱們假設待排序的序列是 {2，1，3，4，5，6，7，8，9}，也就是說，除了第一和第二個關鍵字須要交換外，別的都應該是正常的順序，當 i = 1 時，交換了 2 和 1 的位置，此時已經有序，可是算法依然不依不撓地將 i = 2 到 9 以及每個內循環都執行了一遍，儘管沒有交換數據，但以後的大量比較仍是大大的多餘了。因此咱們徹底能夠設置一個標記位 isSort，當咱們比較一次後都沒有交換，則表明數組已經有序了，此時直接退出循環便可。

既然思路已經肯定，那代碼天然是很信手拈來了。

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; // 定義一個標記 isSort，當其值爲 true 的時候表明已經有序。 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，但冒泡排序在數組長度較大的時候，效率真的很低下，因此在實際生產中，咱們也不多使用這種算法。

冒泡排序時間空間複雜度及算法穩定性分析

對於長度爲 n 的數組，冒泡排序須要通過 n(n-1)/2 次比較，最壞的狀況下，即數組自己是倒序的狀況下，須要通過 n(n-1)/2 次交換，因此其

冒泡排序的算法時間平均複雜度爲 O(n²)。空間複雜度爲 O(1)。

能夠想象一下：若是兩個相鄰的元素相等是不會進行交換操做的，也就是兩個相等元素的前後順序是不會改變的。若是兩個相等的元素沒有相鄰，那麼即便經過前面的兩兩交換把兩個元素相鄰起來，最終也不會交換它倆的位置，因此相同元素通過排序後順序並無改變。

因此冒泡排序是一種穩定排序算法。因此冒泡排序是穩定排序。這也正是算法穩定性的定義：

排序算法的穩定性：通俗地講就是能保證排序前兩個相等的數據其在序列中的前後位置順序與排序後它們兩個前後位置順序相同。

冒泡排序總結：

1. 冒泡排序的算法時間平均複雜度爲 O(n²)。
2. 空間複雜度爲 O(1)。
3. 冒泡排序爲穩定排序。

考慮到很多讀者說天天代碼量太多的問題，咱們今天就只講冒泡排序的 Java 實現，咱們明天將帶來三大簡單排序的另外兩種，選擇排序 和 插入排序。

文章參考來源：http://www.javashuo.com/article/p-reikarpv-bb.html