冒泡排序的三种实现(Java)

冒泡排序是非常好理解的，以从小到大排序为例，每一轮排序就找出未排序序列中最大值放在最后。

设数组的长度为N：
（1）比较前后相邻的二个数据，如果前面数据大于后面的数据，就将这二个数据交换。

（2）这样对数组的第0个数据到N-1个数据进行一次遍历后，最大的一个数据就“沉”到数组第N-1个位置。

（3）N=N-1，如果N不为0就重复前面二步，否则排序完成。

以上就是冒泡排序的基本思想，按照这个定义很快就能写出代码：

/**
 * 冒泡排序的第一种实现, 没有任何优化
 * @param a
 * @param n
 */
public static void bubbleSort1(int [] a, int n){
    int i, j;

    for(i=0; i<n; i++){//表示n次排序过程。
        for(j=1; j<n-i; j++){
            if(a[j-1] > a[j]){//前面的数字大于后面的数字就交换
                //交换a[j-1]和a[j]
                int temp;
                temp = a[j-1];
                a[j-1] = a[j];
                a[j]=temp;
            }
        }
    }
}// end

给出一个测试代码：

public static void main(String[] args) {
    int[] arr = {1,1,2,0,9,3,12,7,8,3,4,65,22};

    BubbleSort.bubbleSort1(arr, arr.length);

    for(int i:arr){
        System.out.print(i+",");
    }
}

运行结果：

0,1,1,2,3,3,4,7,8,9,12,22,65,

下面开始考虑优化，如果对于一个本身有序的序列，或则序列后面一大部分都是有序的序列，上面的算法就会浪费很多的时间开销，这里设置一个标志flag，如果这一趟发生了交换，则为true，否则为false。明显如果有一趟没有发生交换，说明排序已经完成。

/**
 * 设置一个标志，如果这一趟发生了交换，则为true，否则为false。明显如果有一趟没有发生交换，说明排序已经完成。
 * @param a
 * @param n
 */
public static void bubbleSort2(int [] a, int n){
    int j, k = n;
    boolean flag = true;//发生了交换就为true, 没发生就为false，第一次判断时必须标志位true。
    while (flag){
        flag=false;//每次开始排序前，都设置flag为未排序过
        for(j=1; j<k; j++){
            if(a[j-1] > a[j]){//前面的数字大于后面的数字就交换
                //交换a[j-1]和a[j]
                int temp;
                temp = a[j-1];
                a[j-1] = a[j];
                a[j]=temp;

                //表示交换过数据;
                flag = true;
            }
        }
        k--;//减小一次排序的尾边界
    }//end while
}//end

运行测试main函数结果：

0,1,1,2,3,3,4,7,8,9,12,22,65,

再进一步做优化。比如，现在有一个包含1000个数的数组，仅前面100个无序，后面900个都已排好序且都大于前面100个数字，那么在第一趟遍历后，最后发生交换的位置必定小于100，且这个位置之后的数据必定已经有序了，也就是这个位置以后的数据不需要再排序了，于是记录下这位置，第二次只要从数组头部遍历到这个位置就可以了。如果是对于上面的冒泡排序算法2来说，虽然也只排序100次，但是前面的100次排序每次都要对后面的900个数据进行比较，而对于现在的排序算法3，只需要有一次比较后面的900个数据，之后就会设置尾边界，保证后面的900个数据不再被排序。

public static void bubbleSort3(int [] a, int n){
    int j , k;
    int flag = n ;//flag来记录最后交换的位置，也就是排序的尾边界

    while (flag > 0){//排序未结束标志
        k = flag; //k 来记录遍历的尾边界
        flag = 0;

        for(j=1; j<k; j++){
            if(a[j-1] > a[j]){//前面的数字大于后面的数字就交换
                //交换a[j-1]和a[j]
                int temp;
                temp = a[j-1];
                a[j-1] = a[j];
                a[j]=temp;

                //表示交换过数据;
                flag = j;//记录最新的尾边界.
            }
        }
    }
}

这种方法是我看到的最优化的冒泡排序了。
运行测试例子结果：

0,1,1,2,3,3,4,7,8,9,12,22,65,

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可知运行结果正确。