冒泡排序（Bubble Sort）及优化

原理介绍

冒泡排序算法的原理如下：

1. 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换他们两个。
2. 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。
3. 针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个。
4. 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。

代码实现

public static void sort1(int[] arr) {
    //比较的轮数
    for (int j = 0; j < arr.length - 1; j++) {
        //每轮比较的次数
        for (int i = 0; i < arr.length - 1 - j; i++) {
            if (arr[i] > arr[i + 1]) {
                int temp = arr[i];
                arr[i] = arr[i + 1];
                arr[i + 1] = temp;
            }
        }
    }
}

优化一

当某一轮排序没有移动任何元素证明已经排好序，直接结束排序。如 {1,2,3,4,5,6,7,8,10,9} 第二轮排序后结束排序

代码实现

//当一轮比较中没有移动元素说明已经排好序，提前结束排序
public static void sort2(int[] arr) {
    int temp = 0;
    boolean flag;//标记是否进行了位置交换
    //比较的轮数
    for (int j = 0; j < arr.length - 1; j++) {
        flag = true;
        //每轮比较的次数
        for (int i = 0; i < arr.length - 1 - j; i++) {
            if (arr[i] > arr[i + 1]) {
                temp = arr[i];
                arr[i] = arr[i + 1];
                arr[i + 1] = temp;
                flag = false;
            }
        }
        if (flag) {
            //没有发生位置交换，说明已经排好序
            return;
        }
    }
}

优化二

每轮排序中记下最后一个交换的位置，则此位置后面的元素已经有序，无需再遍历

代码实现

//通过交换的最后一个元素确定已有序的位置，缩短每轮排序的长度
public static void sort3(int[] arr) {
    int temp = 0;
    int index = arr.length - 1;//当前排序的两个元素中后一个的位置
    int temp2 = 0;
    boolean flag;//标记是否进行了位置交换
    //比较的轮数
    for (int j = 0; j < index; j++) {
        flag = true;
        //每轮比较的次数
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            if (arr[i] > arr[i + 1]) {
                temp = arr[i];
                arr[i] = arr[i + 1];
                arr[i + 1] = temp;
                flag = false;
                temp2 = i;
            }
        }
        index = temp2;
        if (flag) {
            //没有发生位置交换，说明已经排好序
            return;
        }
    }
}

优化三（双向冒泡排序）

每轮中正向扫描找到最大值交换到最后，反向扫描找到最小值交换到最前面。例如： {1,2,3,4,5,6,0}

代码实现

//一轮排序中，从前向后将最大元素移到最后，从后向前将最小元素移到最前
public static void sort4(int[] arr) {
    int left = 0;//未排序元素中最小下标
    int right = arr.length - 1;//未排序元素中最大下标
    int index_left = left;//从后向前排序中发生位置移动的两个元素中后一个元素下标
    int index_right = right;//从前向后排序中发生位置移动的两个元素中前一个元素下标
    int temp = 0;
    boolean flag;//标记是否进行了位置交换
    //最小下标与最大下标重合，排序结束
    while (left < right) {
        flag = true;
        //从前向后排出最大
        for (int i = left; i < right; i++) {
            if (arr[i] > arr[i + 1]) {
                temp = arr[i];
                arr[i] = arr[i + 1];
                arr[i + 1] = temp;
                flag = false;
                index_right = i;
            }
        }
        right = index_right;
        //从后向前排出最小
        for (int i = right; i > left; i--) {
            if (arr[i] < arr[i - 1]) {
                temp = arr[i];
                arr[i] = arr[i - 1];
                arr[i - 1] = temp;
                flag = false;
                index_left = i;
            }
        }
        left = index_left;
        if (flag) {
            //没有发生位置交换，说明已经排好序
            return;
        }
    }
}