基本介紹
氣泡排序（Bubble Sorting）的基本思想：通過對待排序序列 從前向後（從下標較小的元素開始），依次比較相鄰元素的值，若發現逆序則交換，使值較大的元素逐漸從前移向後部，就像水底下的旗袍一樣逐漸向上冒。
優化點：因為排序過程中，個元素不斷接近自己的位置，如果一趟比較下來沒有進行過交換，就說明序列有序，因此要在排序過程中設定一個標誌判斷元素是否進行過交換。從而減少不必要的比較。（該優化點可以在完成基本的氣泡排序之後再做）
圖解氣泡排序演算法的過程
動圖：
氣泡排序小結：
- 共進行
陣列大小 - 1次大的迴圈 - 每一趟排序的次數在逐漸的減少
- 優化：如果發現在某趟排序中，沒有發生一次交換，則可以提前結束氣泡排序。
程式碼實現
演變過程
為了容易理解，先演示氣泡排序的演變過程
/**
* 為了更好的理解，這裡把氣泡排序的演變過程演示出來
*/
@Test
public void processDemo() {
int arr[] = {3, 9, -1, 10, -2};
// 第 1 趟排序：將最大的數排在最後
// 總共排序：arr.length - 1
int temp = 0; // 臨時變數，交換的時候使用
for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
if (arr[i] > arr[i + 1]) {
temp = arr[i];
arr[i] = arr[i + 1];
arr[i + 1] = temp;
}
}
System.out.println("第 1 趟排序後的陣列");
System.out.println(Arrays.toString(arr));
// 第 2 趟排序：將第 2 大的數排在倒數第 2 位
// 總共排序：arr.length - 1 - 1 ；
// 從頭開始排序，其他沒有變化，只是將排序次數減少了一次
for (int i = 0; i < arr.length - 1 -1; i++) {
if (arr[i] > arr[i + 1]) {
temp = arr[i];
arr[i] = arr[i + 1];
arr[i + 1] = temp;
}
}
System.out.println("第 2 趟排序後的陣列");
System.out.println(Arrays.toString(arr));
// 第 3 趟排序：將第 3 大的數排在倒數第 3 位
// 總共排序：arr.length - 1 - 2 ；
// 從頭開始排序，其他沒有變化，只是將排序次數減少了 2 次
for (int i = 0; i < arr.length - 1 -2; i++) {
if (arr[i] > arr[i + 1]) {
temp = arr[i];
arr[i] = arr[i + 1];
arr[i + 1] = temp;
}
}
System.out.println("第 3 趟排序後的陣列");
System.out.println(Arrays.toString(arr));
// 第 4 趟排序：將第 4 大的數排在倒數第 4 位
// 總共排序：arr.length - 1 - 3 ；
// 從頭開始排序，其他沒有變化，只是將排序次數減少了 3 次
for (int i = 0; i < arr.length - 1 -3; i++) {
if (arr[i] > arr[i + 1]) {
temp = arr[i];
arr[i] = arr[i + 1];
arr[i + 1] = temp;
}
}
System.out.println("第 4 趟排序後的陣列");
System.out.println(Arrays.toString(arr));
// 第 5 趟沒有必要，因為這裡有 5 個數字，確定了 4 個數字，剩下的那一個就已經出來了
}
測試輸出
第 1 趟排序後的陣列
[3, -1, 9, -2, 10]
第 2 趟排序後的陣列
[-1, 3, -2, 9, 10]
第 3 趟排序後的陣列
[-1, -2, 3, 9, 10]
第 4 趟排序後的陣列
[-2, -1, 3, 9, 10]
從上述的 4 趟排序過程來看，迴圈體都是一樣的，只是每次迴圈的次數在減少，那麼就可以如下簡化
@Test
public void processDemo2() {
int arr[] = {3, 9, -1, 10, -2};
// 總共排序：arr.length - 1
int temp = 0; // 臨時變數，交換的時候使用
for (int j = 0; j < arr.length - 1; j++) {
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;
}
}
System.out.println("第 " + (j + 1) + " 趟排序後的陣列");
System.out.println(Arrays.toString(arr));
}
}
測試輸出
第 1 趟排序後的陣列
[3, -1, 9, -2, 10]
第 2 趟排序後的陣列
[-1, 3, -2, 9, 10]
第 3 趟排序後的陣列
[-1, -2, 3, 9, 10]
第 4 趟排序後的陣列
[-2, -1, 3, 9, 10]
優化
對於優化，減少排序次數
@Test
public void processDemo3() {
int arr[] = {3, 9, -1, 10, 20};
// 總共排序：arr.length - 1
int temp = 0; // 臨時變數，交換的時候使用
boolean change = false;// 標識變數，表示是否進行過交換
for (int j = 0; j < arr.length - 1; j++) {
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;
change = true;
}
}
if(!change){
// 如果有 1 輪下來，都沒有進行排序，則可以提前退出
break;
}else{
change = false; // 重置 change!!!, 進行下次判斷
}
System.out.println("第 " + (j + 1) + " 趟排序後的陣列");
System.out.println(Arrays.toString(arr));
}
}
測試輸出：
第 1 趟排序後的陣列
[3, -1, 9, 10, 20]
第 2 趟排序後的陣列
[-1, 3, 9, 10, 20]
這裡更改了原始陣列，因為優化的點，得看你這個陣列原來的排序 和 元素組成，算是一種概率問題，並不是在任何情況下都可以被優化
封裝演算法
/**
* 把排序演算法封裝成一個方法，方便被複用
*
* @param arr
*/
public static void bubbleSort(int[] arr) {
// 總共排序：arr.length - 1
int temp = 0; // 臨時變數，交換的時候使用
boolean change = false;
for (int j = 0; j < arr.length - 1; j++) {
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;
change = true;
}
}
if(!change){
// 如果有 1 輪下來，都沒有進行排序，則可以提前退出
break;
}else{
change = false; // 重置 change!!!, 進行下次判斷
}
}
}
測試呼叫
/**
* 測試封裝後的演算法
*/
@Test
public void bubbleSortTest() {
int[] arr = {3, 9, -1, 10, 20};
System.out.println("排序前：" + Arrays.toString(arr));
bubbleSort(arr);
System.out.println("排序後：" + Arrays.toString(arr));
}
測試輸出
排序前：[3, 9, -1, 10, 20]
排序後：[-1, 3, 9, 10, 20]
大量資料耗時測試
排序隨機生成的 8 萬個資料
/**
* 大量資料排序時間測試
*/
@Test
public void bulkDataSort() {
int max = 80000;
int[] arr = new int[max];
for (int i = 0; i < max; i++) {
arr[i] = (int) (Math.random() * 80000);
}
Instant startTime = Instant.now();
bubbleSort(arr);
// System.out.println(Arrays.toString(arr));
Instant endTime = Instant.now();
System.out.println("共耗時：" + Duration.between(startTime, endTime).toMillis() + " 毫秒");
}
測試輸出
執行幾次，差不多在 13 秒左右
共耗時：14656 毫秒
共耗時：13853 毫秒