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冒泡排序算法

By Wu Yudong on June 30, 2015

原创文章,转载请注明: 转载自工学1号馆

冒泡排序Bubble Sort)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,如果他们的顺序错误就把他们交换过来。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。

冒泡排序对n个项目需要O(n2)的比较次数,且可以原地排序。尽管这个算法是最简单了解和实作的排序算法之一,但它对于少数元素之外的数列排序是很没有效率的。

冒泡排序是与插入排序拥有相等的执行时间,但是两种法在需要的交换次数却很大地不同。在最坏的情况,冒泡排序需要O(n2)次交换,而插入排序只要最多O(n)交换。冒泡排序的实现(类似下面)通常会对已经排序好的数列拙劣地执行(O(n2)),而插入排序在这个例子只需要O(n)个运算。因此很多现代的算法教科书避免使用冒泡排序,而用插入排序取代之。冒泡排序如果能在内部循环第一次执行时,使用一个旗标来表示有无需要交换的可能,也有可能把最好的复杂度降低到O(n)。在这个情况,在已经排序好的数列就无交换的需要。若在每次走访数列时,把走访顺序和比较大小反过来,也可以稍微地改进效率。有时候称为往返排序,因为算法会从数列的一端到另一端之间穿梭往返。

使用冒泡排序为一列数字进行排序的过程

冒泡排序算法的运作如下:

  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. 对每一对相邻元素作同样的工作,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。

由于它的简洁,冒泡排序通常被用来对于程式设计入门的学生介绍算法的概念。

关于冒泡排序的算法实现网上很多,本文采用C语言泛型实现

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

// Completed on 2014.10.7 23:45
// Language: C99
//
// 版权所有(C)wuyudong   (mail: hadoopmail@163.com) 
// 博客地址:http://www.wuyudong.com

void swap(void *vp1, void *vp2, int size){  
      char buffer[size];
      memcpy(buffer, vp1, size);  
      memcpy(vp1, vp2, size);  
      memcpy(vp2, buffer, size);  
}

int cmp_int(const void *a , const void *b ) 
{ 
    return *(int *)a - *(int *)b; 
}

int cmp_double(const void *a , const void *b ) 
{ 
     return *(double *)a > *(double *)b ? 1 : -1; 
} 

void bubbleSort(void *base, int n, int elemsize, int(*cmp)(const void *, const void *))
{
    char *q = (char *)base;
    char *p = (char *)base + n * elemsize;
    while(p > q) {
        for(; q != p - elemsize; q += elemsize) {
            if(cmp(q, q + elemsize) > 0) {  
                swap(q, q + elemsize, elemsize);
            }
        }
        q = (char *)base;
        p -= elemsize;
    }
}

int main(void)
{
    //测试数据
    int arr1[] = {5, 4, 1, 3, 6, 12, 8, 22, 34,76};
    //冒泡排序
    bubbleSort(arr1, 10, sizeof(int), cmp_int);
    //打印排序结果
    int i;
    for(i = 0; i < 10; i++)
        printf("%d ", arr1[i]);
    printf("\n");
    double arr2[] = {5.4, 4.8, 1.2, 3.4, 6.7, 12.12, 8.6, 22.12, 34.5, 76.3};
    bubbleSort(arr2, 10, sizeof(double), cmp_double);
    for(i = 0; i < 10; i++)
        printf("%.2f ", arr2[i]);
    printf("\n");
}

运行结果如下:


常规实现如下(C语言):

#include <stdio.h>

void bubbleSort(int arr[], int count)
{
    int i = count, j;
    int temp;
    while(i > 0) {
        for(j = 0; j < i - 1; j++) {
            if(arr[j] > arr[j + 1]){   
                temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
        i--;
    }
 
}
int main()
{
    //测试数据
    int arr[] = {5, 4, 1, 3, 6};
    //冒泡排序
    bubbleSort(arr, 5);
    //打印排序结果
    for(int i = 0; i < 5; i++)
        printf("%4d", arr[i]);
}

使用标志的冒泡排序

如果已知数列基本有序,可采用一个标志,减少无谓的判断,提高效率

void bubbleSort(int d[], int size)  //假定两两交换发生在数组最后的两个位置
{
    int exchange = size - 1;
    while(exchange) {
        //记录下发生数据交换的位置
        int bound = exchange;
        exchange = 0;   //假定本趟比较没有数据交换
        for(int i = 0; i < bound; i++) {
            if(d[i] > d[i + 1]) {
                swap(&d[i], &d[i+1]);
                exchange = i;
            }
        }
    }
}

 

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