十大排序算法之冒泡排序

2017-03-25

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1.冒泡排序（Bubble Sort）

好的，开始总结第一个排序算法，冒泡排序。我想对于它每个学过C语言的都会了解的吧，这可能是很多人接触的第一个排序算法。
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(n^2)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(n^2)），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。

(1)算法描述

冒泡排序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，如果它们的顺序错误就把它们交换过来。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。

###(2)算法描述和实现

具体算法描述如下：

<1>.比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换它们两个；
<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，这样在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>.重复步骤1~3，直到排序完成。

JavaScript代码实现：

function bubbleSort(arr) {
    var len = arr.length;
    for (var i = 0; i < len; i++) {
        for (var j = 0; j < len - 1 - i; j++) {
            if (arr[j] > arr[j+1]) {        //相邻元素两两对比
                var temp = arr[j+1];        //元素交换
                arr[j+1] = arr[j];
                arr[j] = temp;
            }
        }
    }
    return arr;
}
var arr=[3,44,38,5,47,15,36,26,27,2,46,4,19,50,48];
console.log(bubbleSort(arr));//[2, 3, 4, 5, 15, 19, 26, 27, 36, 38, 44, 46, 47, 48, 50]
`

改进冒泡排序：设置一标志性变量pos,用于记录每趟排序中最后一次进行交换的位置。由于pos位置之后的记录均已交换到位,故在进行下一趟排序时只要扫描到pos位置即可。

改进后算法如下:

function bubbleSort2(arr) {
    console.time('改进后冒泡排序耗时');
    var i = arr.length-1;  //初始时,最后位置保持不变
    while ( i> 0) {
        var pos= 0; //每趟开始时,无记录交换
        for (var j= 0; j< i; j++)
            if (arr[j]> arr[j+1]) {
                pos= j; //记录交换的位置
                var tmp = arr[j]; arr[j]=arr[j+1];arr[j+1]=tmp;
            }
        i= pos; //为下一趟排序作准备
     }
     console.timeEnd('改进后冒泡排序耗时');
     return arr;
}
var arr=[3,44,38,5,47,15,36,26,27,2,46,4,19,50,48];
console.log(bubbleSort2(arr));//[2, 3, 4, 5, 15, 19, 26, 27, 36, 38, 44, 46, 47, 48, 50

传统冒泡排序中每一趟排序操作只能找到一个最大值或最小值,我们考虑利用在每趟排序中进行正向和反向两遍冒泡的方法一次可以得到两个最终值(最大者和最小者) , 从而使排序趟数几乎减少了一半。

改进后的算法实现为:

function bubbleSort3(arr3) {
    var low = 0;
    var high= arr.length-1; //设置变量的初始值
    var tmp,j;
    console.time('2.改进后冒泡排序耗时');
    while (low < high) {
        for (j= low; j< high; ++j) //正向冒泡,找到最大者
            if (arr[j]> arr[j+1]) {
                tmp = arr[j]; arr[j]=arr[j+1];arr[j+1]=tmp;
            }
        --high;                 //修改high值, 前移一位
        for (j=high; j>low; --j) //反向冒泡,找到最小者
            if (arr[j]<arr[j-1]) {
                tmp = arr[j]; arr[j]=arr[j-1];arr[j-1]=tmp;
            }
        ++low;                  //修改low值,后移一位
    }
    console.timeEnd('2.改进后冒泡排序耗时');
    return arr3;
}
var arr=[3,44,38,5,47,15,36,26,27,2,46,4,19,50,48];
console.log(bubbleSort3(arr));//[2, 3, 4, 5, 15, 19, 26, 27, 36, 38, 44, 46, 47, 48, 50]

PHP代码实现：

$arr=array(3,44,38,5,47,15,36,26,27,2,46,4,19,50,48);  
function getpao($arr)
{  
  $len=count($arr);
  //设置一个空数组 用来接收冒出来的泡
  //该层循环控制 需要冒泡的轮数
  for($i=1;$i<$len;$i++)
  { //该层循环用来控制每轮 冒出一个数 需要比较的次数
    for($k=0;$k<$len-$i;$k++)
    {
       if($arr[$k]>$arr[$k+1])
        {
            $tmp=$arr[$k+1];
            $arr[$k+1]=$arr[$k];
            $arr[$k]=$tmp;
        }
    }
  }
  return $arr;
}

改进算法为双向冒泡排序算法(鸡尾酒排序)

鸡尾酒排序等于是冒泡排序的轻微变形。不同的地方在于从低到高然后从高到低，而冒泡排序则仅从低到高去比较序列里的每个元素。他可以得到比冒泡排序稍微好一点的效能，原因是冒泡排序只从一个方向进行比对(由低到高)，每次循环只移动一个项目。

代码片段：

$arr=array(3,44,38,5,47,15,36,26,27,2,46,4,19,50,48);  
function getpao($arr)
{  
  $len=count($arr);
  //设置一个空数组 用来接收冒出来的泡
  //该层循环控制 需要冒泡的轮数
  for($i=1;$i<$len;)
  { //该层循环用来控制每轮 冒出一个数 需要比较的次数
    for($k=$len-1;$k>$i;--$k)
    {
       if($arr[$k]<$arr[$k-1])
        {
            $tmp=$arr[$k];
            $arr[$k]=$arr[$k-1];
            $arr[$k-1]=$tmp;
        }
    }
    ++$i;
    for($k=$i;$k<$len;)
    {
       if($arr[$k]>$arr[$k+1])
        {
            $tmp=$arr[$k];
            $arr[$k]=$arr[$k+1];
            $arr[$k+1]=$tmp;
        }
    }
    $len--;
  }
  return $arr;
}