冒泡排序（Bubble Sort）

# 一、什么是冒泡排序

# 1.概念

冒泡排序（Bubble Sort），是一种计算机科学 (opens new window)领域的较简单的排序算法 (opens new window)。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 (opens new window)，如果顺序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。冒泡排序算法是所有排序算法中最简单的，在生活中应该也会看到气泡从水里面出来时，越到水面上气泡就会变的越大。在物理上学气压的时候好像也看到过这种现象；其实理解冒泡排序就可以根据这种现象来理解：每一次遍历，都把大的往后面排（当然也可以把小的往后面排），所以每一次都可以把无序中最大的（最小）的元素放到无序的最后面（或者说有序元素的最开始）； (opens new window)

# 2.算法原理

冒泡排序算法 (opens new window)的原理如下：

比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换他们两个。
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。
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

# 3.算法实现

public static void bubbleSort(int arr[]) {

    for(int i =0 ; i<arr.length-1 ; i++) { 

        for(int j=0 ; j<arr.length-1-i ; j++) {  

            if(arr[j]>arr[j+1]) {
                int temp = arr[j];

                arr[j]=arr[j+1];

                arr[j+1]=temp;
            }
        }    
    }
}

# 二、冒泡排序算法优化

# 1.针对问题

数据的顺序排好之后，冒泡算法仍然会继续进行下一轮的比较，直到arr.length-1次，后面的比较没有意义的。

# 2.方案

在下一轮比较时，只需比较到上一轮比较中，最后一次发生交换的位置即可。因为后面的所有元素都没有发生过交换，必然已经有序了。

# 3.算法实现

import java.util.Arrays;

public class BubbleSort {


    public static void bubbleSort(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length < 2) {
            return;
        }
        for (int end = arr.length - 1; end > 0; end--) {
            for (int i = 0; i < end; i++) {
                if (arr[i] > arr[i + 1]) {
                    swap(arr, i, i + 1);
                }
            }
        }
    }

    // 交换arr的i和j位置上的值
    public static void swap(int[] arr, int i, int j) {
        int tmp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = tmp;
    }

    // for test
    public static void comparator(int[] arr) {
        Arrays.sort(arr);
    }

    // for test
    public static int[] generateRandomArray(int maxSize, int maxValue) {
        int[] arr = new int[(int) ((maxSize + 1) * Math.random())];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = (int) ((maxValue + 1) * Math.random()) - (int) (maxValue * Math.random());
        }
        return arr;
    }

    // for test
    public static int[] copyArray(int[] arr) {
        if (arr == null) {
            return null;
        }
        int[] res = new int[arr.length];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            res[i] = arr[i];
        }
        return res;
    }

    // for test
    public static boolean isEqual(int[] arr1, int[] arr2) {
        if ((arr1 == null && arr2 != null) || (arr1 != null && arr2 == null)) {
            return false;
        }
        if (arr1 == null && arr2 == null) {
            return true;
        }
        if (arr1.length != arr2.length) {
            return false;
        }
        for (int i = 0; i < arr1.length; i++) {
            if (arr1[i] != arr2[i]) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    // for test
    public static void printArray(int[] arr) {
        if (arr == null) {
            return;
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print(arr[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }

    // for test
    public static void main(String[] args) {
        int testTime = 500000;
        int maxSize = 100;
        int maxValue = 100;
        boolean succeed = true;
        for (int i = 0; i < testTime; i++) {
            int[] arr1 = generateRandomArray(maxSize, maxValue);
            int[] arr2 = copyArray(arr1);
            bubbleSort(arr1);
            comparator(arr2);
            if (!isEqual(arr1, arr2)) {
                succeed = false;
                break;
            }
        }
        System.out.println(succeed ? "Nice!" : "Fucking fucked!");

        int[] arr = generateRandomArray(maxSize, maxValue);
            printArray(arr);
            bubbleSort(arr);
            printArray(arr);
            }


            }

# 三、冒泡排序算法特点

# 1.时间复杂度

若文件的初始状态是正序的，一趟扫描即可完成排序。所需的关键字比较次数和记录移动次数均达到最小值：
，。所以，冒泡排序最好的时间复杂度 (opens new window)为。若初始文件是反序的，需要进行趟排序。每趟排序要进行次关键字的比较(1≤i≤n-1)，且每次比较都必须移动记录三次来达到交换记录位置。在这种情况下，比较和移动次数均达到最大值：冒泡排序的最坏时间复杂度为。综上，因此冒泡排序总的平均时间复杂度为。

# 2.空间复杂度 (opens new window)

空间复杂度就是在交换元素时那个临时变量所占的内存空间；最优的空间复杂度就是开始元素顺序已经排好了，则空间复杂度为：0；最差的空间复杂度就是开始元素逆序排序了，则空间复杂度为：O(n)；平均的空间复杂度为：O(1)；最优时间复杂度为： n

# 3.稳定性

冒泡排序就是把小的元素往前调或者把大的元素往后调。比较是相邻的两个元素比较，交换也发生在这两个元素之间。所以，如果两个元素相等，是不会再交换的；如果两个相等的元素没有相邻，那么即使通过前面的两两交换把两个相邻起来，这时候也不会交换，所以相同元素的前后顺序并没有改变，所以冒泡排序是一种稳定排序 (opens new window)算法。

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