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java冒泡排序常规排序和优化排序

news 来源：原创 2024/5/7 6:36:08

冒泡排序原理在于两两比较，看你需要把大值放最前面还是最后面，

我们看看把大值放在后面：比如数组[7, 5, 6]

开始排序第1个数字 :7 arr:[7, 5, 6]

开始排序第2个数字 :5 arr:[7, 5, 6]
第1次比较<5>和<7> -----5<7:true 交换位置

开始排序第3个数字 :6 arr:[5, 7, 6]
第2次比较<6>和<5> -----6<5:false
第3次比较<6>和<7> -----6<7:true 交换位置

已排序:[5, 6, 7]

代码：

 public static void sort(Integer[] arr){
        int num=1;
        for (int i=0;i<arr.length;i++){
            System.out.print("\n第"+(i+1)+"次排序开始排序第"+(i+1)+"个数字:"+arr[i] +" arr:"+Arrays.toString(arr));
            
            for (int j=0;j<i;j++){
                System.out.print("\n 第"+num+"次 比较<"+arr[i]+">和<"+arr[j]+"> -----"+arr[i]+"<"+arr[j]+":"+(arr[i]<arr[j]));
                if(arr[i]<arr[j]){
                    exchange(arr,i,j);
                }
                num++;
            }
        }
        System.out.print("\n已排序:"+Arrays.toString(arr));
    }


    public static void exchange(Integer[] arr, int i, int j){
        int tmp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = tmp;
    }

public static void main(String[] args){

        //Integer[] arr=new Integer[]{70,40,90,20,50,10,60,30,80};
        //Integer[] arr=new Integer[]{70,40,90,60,30,80};
        Integer[] arr=new Integer[]{7,5,6};
        //原始排序比较36次
        sort(arr);
    }

我们改一个长一点的数字排序试下

开始排序第1个数字 :70 arr:[70, 40, 90, 60, 30, 80]

开始排序第2个数字 :40 arr:[70, 40, 90, 60, 30, 80]
第1次比较<40>和<70> -----40<70:true

开始排序第3个数字 :90 arr:[40, 70, 90, 60, 30, 80]
第2次比较<90>和<40> -----90<40:false
第3次比较<90>和<70> -----90<70:false

开始排序第4个数字 :60 arr:[40, 70, 90, 60, 30, 80]
第4次比较<60>和<40> -----60<40:false
第5次比较<60>和<70> -----60<70:true
第6次比较<70>和<90> -----70<90:true

开始排序第5个数字 :30 arr:[40, 60, 70, 90, 30, 80]
第7次比较<30>和<40> -----30<40:true
第8次比较<40>和<60> -----40<60:true
第9次比较<60>和<70> -----60<70:true
第10次比较<70>和<90> -----70<90:true

开始排序第6个数字 :80 arr:[30, 40, 60, 70, 90, 80]
第11次比较<80>和<30> -----80<30:false
第12次比较<80>和<40> -----80<40:false
第13次比较<80>和<60> -----80<60:false
第14次比较<80>和<70> -----80<70:false
第15次比较<80>和<90> -----80<90:true

已排序:[30, 40, 60, 70, 80, 90]

乱序情况下我们总共比较15次，其中有很多比较是没有用的，比如下图

第11次到14次其实是不需要排序的，我们是否可以针对优化呢，

我们看下同样的数组如果完全反序要多少次比较

开始排序第1个数字 :30 arr:[30, 40, 60, 70, 80, 90]
开始排序第2个数字 :40 arr:[30, 40, 60, 70, 80, 90]
第1次比较<40>和<30> -----40<30:false
开始排序第3个数字 :60 arr:[30, 40, 60, 70, 80, 90]
第2次比较<60>和<30> -----60<30:false
第3次比较<60>和<40> -----60<40:false
开始排序第4个数字 :70 arr:[30, 40, 60, 70, 80, 90]
第4次比较<70>和<30> -----70<30:false
第5次比较<70>和<40> -----70<40:false
第6次比较<70>和<60> -----70<60:false
开始排序第5个数字 :80 arr:[30, 40, 60, 70, 80, 90]
第7次比较<80>和<30> -----80<30:false
第8次比较<80>和<40> -----80<40:false
第9次比较<80>和<60> -----80<60:false
第10次比较<80>和<70> -----80<70:false
开始排序第6个数字 :90 arr:[30, 40, 60, 70, 80, 90]
第11次比较<90>和<30> -----90<30:false
第12次比较<90>和<40> -----90<40:false
第13次比较<90>和<60> -----90<60:false
第14次比较<90>和<70> -----90<70:false
第15次比较<90>和<80> -----90<80:false
已排序:[30, 40, 60, 70, 80, 90]

同样的代码，已经排好序的情况下还是会比较15次，我们优化一下，首先看如下优化之后的比较结果：

排序:30 原始数据arr:[30, 40, 60, 70, 80, 90]--最小值不用排序
排序:40 原始数据arr:[30, 40, 60, 70, 80, 90]--只有两位数，而且40大于30不用排序
排序:60 原始数据arr:[30, 40, 60, 70, 80, 90]--
排序:70 原始数据arr:[30, 40, 60, 70, 80, 90]--
排序:80 原始数据arr:[30, 40, 60, 70, 80, 90]--
排序:90 原始数据arr:[30, 40, 60, 70, 80, 90]--
已排序:[30, 40, 60, 70, 80, 90]

下面是优化后的代码，看上去比较复杂，可以跟着注释自己跑一下，主要是加了一个中间值去比较，没有每次都比较所有的值

已经排好序的情况下我只用了直接在外部判断没有进二层循环

 public static void dichotomy(Integer[] arr){
        int num=1;
        for (int i=0;i<arr.length;i++){
　　　　　　　//取中间值，取模，不等于0就加一除2,索引2的中间值是1,3%2！=0所以3+1=4,4%2=0,4的中间数4除2等于2
            int mid =(i%2==0)?i/2:(i+1)/2;

            System.out.print("\n 排序:"+arr[i] +" 原始数据arr:"+Arrays.toString(arr));
             if((i>=1 && arr[i]>arr[i-1]) || i<1){
                 System.out.print("--最小值不用排序");
                 continue;
             }
            boolean booI=true;
            //小于中间数
            if(arr[i]<arr[mid ] && booI){
                    for (int j=mid ;j<i;j++){
                        System.out.print("\n  第"+num+"次 开始排序第"+(i+1)+"个数字 "+arr[i]+" 小于中间数"+arr[mid ]+" 比较<"+arr[i]+">和<"+arr[j]+"> -----"+arr[i]+"<"+arr[j]+":"+(arr[i]<arr[j]));
                        //直接挪到中间，booI等于false说明现在这个值只是挪到中间，下一步还是要挪一次
　　　　　　　　　　　　　　if(arr[i]<arr[j]){
                            exchange(arr,i,j);
                            booI=false;
                        }
                        num++;
                    }
            }else //大于中间数
                if(arr[i]>arr[mid] && booI){
                    for (int j=i;j>mid ;j--){
                        System.out.print("\n  第"+num+"次  大于中间数"+arr[mid]+" 比较<"+arr[j]+">和<"+arr[j-1]+"> -----"+arr[j]+"<"+arr[j-1]+":"+(arr[j]<arr[j-1]));
                        //大于中间数从当前往前挪
　　　　　　　　　　　　　　if(arr[j]<arr[j-1]){
                            exchange(arr,j,j-1);
                        }else
                            break;
                        num++;
                    }
            }

　　　　　　//挪到中间的值再进行比较，取最优的比较方案

　　　　　　　//中间值小于第一位说明是最小值，并且 booI=false已经被挪到中间，现在要挪到最前面
            if(arr[0]>arr[mid] && !booI){
                    for (int j=0;j<mid;j++){
                        System.out.print("\n  第"+num+"次  小于中间数并且是最小值"+arr[mid]+" 比较<"+arr[mid]+">和<"+arr[j]+"> -----"+arr[mid]+"<"+arr[j]+":"+(arr[mid]<arr[j]));
                        if(arr[mid]<arr[j]){
                            exchange(arr,j,mid);
                        }
                        num++;
                    }
            }else 
　　　　　　　　　　// booI=false已经被挪到中间，又不是最小值，所以就从中间值前一位开始比较
　　　　　　　　　　if(arr[mid-1]>arr[mid] && !booI){
                    for (int j=mid;j>0;j--){
                        System.out.print("\n  第"+num+"次  小于中间数靠近中间数取"+arr[mid]+"前一位比较<"+arr[j]+">和<"+arr[j-1]+"> -----"+arr[j]+"<"+arr[j-1]+":"+(arr[j]<arr[j-1]));
                        
　　　　　　　　　　　　　　//当当前值小于则挪，不小于则跳出循环，因为之前比较过小值前面是已经排好序的，遇到不小于的值就可以跳出循环不用比较了，直接跳出开始下一次循环
　　　　　　　　　　　　　　if(arr[j]<arr[j-1]){
                            exchange(arr,j-1,j);
                        }else
                            break;
                        num++;
                    }
            }
        }
        System.out.print("\n已排序:"+Arrays.toString(arr));
    }