【Java】排序算法：冒泡排序

冒 泡 排 序

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冒泡排序是一种简单的排序算法。它重复地走访过要排序的数列，一次比较两个元素，如果它们的顺序错误就把它们交换过来。走访数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换，也就是说该数列已经排序完成。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。

算法描述

  • 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换它们两个；

  • 对每一对相邻元素作同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对，这样在最后的元素应该会是最大的数；

  • 针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个；

  • 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。

代码示例

开始之前先做个简单的声明：篇参与排序的数组将以类静态变量（arr）的形式出现，不以传参的形式。如果排序方法有特殊的入参（除排序数组外）将声明方法签名否则省略。

传统写法

int len = arr.length;
for (int i = 0; i < len - 1; i++) {
for (int j = 0; j < len - 1 - i; j++) {
if (arr[j] > arr[j + 1]) {
int temp = arr[j + 1];
arr[j + 1] = arr[j];
arr[j] = temp;
}
}
}

注：有可能在前面几次交换比较中，数据已经为有序的，这时候再继续比较下去就没有意义了。

优化：设置一个标识（flag），当每轮比较后判断是否有改变，如没有发生改变表示已经有序，则可以结束比较了。

对于一个相对有序的数据，这能提高很多性能。

int len = arr.length;
boolean flag = true;
for (int i = 0; i < len; ++i) {
flag = true;
for (int j = 0; j < len - 1 - i; ++j) {
if (arr[j] > arr[j + 1]) {
flag = false;
int temp = arr[j + 1];
arr[j + 1] = arr[j];
arr[j] = temp;
}
}
if (flag) {
break;
}
}

优化二：记录最后一次交换的位置（newn），之后的元素在下轮中都不在往后进行比较了。

因为每次找的都是最大元素，既然当前这一轮都没有往后比，下一轮的值就更不可能比这一轮的大了。

int n = arr.length;
int newn;
do {
newn = 0;
for (int i = 1; i < n; i++) {
if (arr[i - 1] > arr[i]) {
int temp = arr[i - 1];
arr[i - 1] = arr[i];
arr[i] = temp;
newn = i;
}
}
n = newn;
} while (newn > 0);

优化三：在基于临时变量（temp）做元素交换，如下基于二进制异或操作

arr[j] = arr[j] ^ arr[j + 1];  // a = a ^ b
arr[j + 1] = arr[j] ^ arr[j + 1]; // b = a ^ b
arr[j] = arr[j] ^ arr[j + 1]; // a = a ^ b

单解释一下：或操作符(^)基于二进制操作， 相同为0，不同为1

现在假设a = 101, b = 001

经过第一次异或操作a = a ^ b ： a = 100, b = 001

经过第二次异或操作b = a ^ b ： a = 100, b = 101

经过第三次异或操作a = a ^ b ： a = 001, b = 101

至此抽取一段公共代码交换两个元素，后面的实例就不重复写，将直接引用此方法。

private static void swap(int i, int j) {
arr[i] = arr[i] ^ arr[j];
arr[j] = arr[i] ^ arr[j];
arr[i] = arr[i] ^ arr[j];
}

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