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Java实现冒泡排序算法及对其的简单优化示例
2019-09-06 来源:动力节点

 

今天动力节点java培训机构小编为大家介绍Java实现冒泡排序算法及对其的简单优化示例,冒泡排序的最差时间复杂度为O(n^2),最优时间复杂度为O(n),存在优化的余地,希望能够帮助到正在学习java的零基础学员,下面就随小吧一起看看吧。


  Java实现冒泡排序原理


  java冒泡排序大概是所有程序员都会用的算法,也是最熟悉的算法之一。


  它的思路并不复杂:


  设现在要给数组arr[]排序,它有n个元素。


  1、如果n=1:显然不用排了。(实际上这个讨论似乎没什么必要)


  2、如果n>1:


  (1)我们从第一个元素开始,把每两个相邻元素进行比较,如果前面的元素比后面的大,那么在最后的结果里面前者肯定排在后面。所以,我们把这两个元素交换。然后进行下两个相邻的元素的比较。如此直到最后一对元素比较完毕,则第一轮排序完成。可以肯定,最后一个元素一定是数组中最大的(因为每次都把相对大的放到后面了)。


  (2)重复上述过程,这次我们无需考虑最后一个,因为它已经排好了。


  (3)如此直到只剩一个元素,这个元素一定是最小的,那么我们的排序可以结束了。显然,进行了n-1次排序。


  上述过程中,每次(或者叫做“轮”)排序都会有一个数从某个位置慢慢“浮动”到最终的位置(画个示意图,把数组画成竖直的就可以看出来),就像冒泡一样,所以,它被称为“冒泡排序法”。


  代码实现:


public class BubbleSort{

   public static void main(String[] args){

     int score[] = {67, 69, 75, 87, 89, 90, 99, 100};

     for (int i = 0; i < score.length -1; i++){  //最多做n-1趟排序

       for(int j = 0 ;j < score.length - i - 1; j++){  //对当前无序区间score[0......length-i-1]进行排序(j的范围很关键,这个范围实在逐步缩小的)

         if(score[j] < score[j + 1]){  //把小的值交换到后面

           int temp = score[j];

           score[j] = score[j + 1];

           score[j + 1] = temp;

         }

       }      

       System.out.print("第" + (i + 1) + "次排序结果:");

       for(int a = 0; a < score.length; a++){

         System.out.print(score[a] + " ");

       }

       System.out.println("");

     }

       System.out.print("最终排序结果:");

       for(int a = 0; a < score.length; a++){

         System.out.print(score[a] + " ");

     }

   }

 }


算法性能/复杂度


  我们忽略掉循环变量自增和初始化的时间。先分析算法的比较次数。容易看出,上面这种未经任何改进的冒泡排序无论输入数据如何都会进行n-1轮排序,而每轮排序需要比较的次数从n-1递减到0。那么,总的比较次数即是 (n-1)+(n-2)+...+2+1 = (n-1)n/2≈(n^2)/2。


  再来看下赋值次数。这里的赋值是指其中的交换操作,对于上述代码,1次交换等于三次赋值。由于并非每次都必须交换,因此,赋值操作的次数与输入数据有关。最佳情况(best case)下,即一开始就是有序的情况下,赋值次数为0。 而最坏情况(worst case)下,赋值次数为(n-1)n/2。假设输入数据平均(或者说“完全随机”)分布,那么大约有交换次数为比较次数的一半。由上面的结果,可以得到平均情况(average case)下,赋值次数为 3/2 * (n^2)/2 = 3/4*(n^2).


  综上,无论在何种情况下,冒泡排序空间复杂度(额外空间)总是O(1)。


  改进


  在数据完全有序的时候展现出最优时间复杂度,为O(n)。其他情况下,几乎总是O(n^2)。因此,算法在数据基本有序的情况下,性能最好。


  但是,上面的代码怎么可能出现O(n)复杂度呢?实际上,因为上面注重的是基本思路,因此只是最简单情况,要使算法在最佳情况下有O(n)复杂度,需要做一些改进,改进后的代码为:


public static void bubbleSort(int[] arr) {

  int temp = 0;

  boolean swap;

  for (int i = arr.length - 1; i > 0; --i) { // 每次需要排序的长度

    swap=false;

    for (int j = 0; j < i; ++j) { // 从第一个元素到第i个元素

      if (arr[j] > arr[j + 1]) {

        temp = arr[j];

        arr[j] = arr[j + 1];

        arr[j + 1] = temp;

        swap=true;

      }

    }//loop j

    if (swap==false){

      break;

    }

  }//loop i

}// method bubbleSort


实际上,由于在大量数据的情况下几乎不使用冒泡排序,而使用小数据的时候增加的布尔变量反而会造成额外的开销。


  算法稳定性


  容易看出,在相邻元素相等时,我们并不需要交换它们的位置,所以,冒泡排序是稳定排序。


  算法适用场景


  冒泡排序思路简单,代码也简单,特别适合小数据的排序。但是,由于算法复杂度较高,在数据量大的时候不适合使用。如果一定要在较多数据的时候使用,最好对算法加以改进,例如选择排序法。


以上就是动力节点java培训机构小编介绍的“Java实现冒泡排序算法及对其的简单优化示例”的内容,希望能够帮助到大家,更多java最新资讯请继续关注动力节点java培训机构官网,每天会有精彩内容分享与你。


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