資料結構與算法系列十一（氣泡排序）
1.引子
1.1.為什麼要學習資料結構與演算法？
有人說，資料結構與演算法，計算機網路，與作業系統都一樣，脫離日常開發，除了面試這輩子可能都用不到呀！
有人說，我是做業務開發的，只要熟練API，熟練框架，熟練各種中介軟體，寫的程式碼不也能“飛”起來嗎？
於是問題來了：為什麼還要學習資料結構與演算法呢？
#理由一：
面試的時候，千萬不要被資料結構與演算法拖了後腿
#理由二：
你真的願意做一輩子CRUD Boy嗎
#理由三：
不想寫出開源框架，中介軟體的工程師，不是好廚子
1.2.如何系統化學習資料結構與演算法？
我想好了，還是需要學習資料結構與演算法。但是我有兩個困惑：
1.如何著手學習呢？
2.有哪些內容要學習呢？
學習方法推薦：
#學習方法 1.從基礎開始，系統化學習 2.多動手，每一種資料結構與演算法，都自己用程式碼實現出來 3.思路更重要：理解實現思想，不要背程式碼 4.與日常開發結合，對應應用場景
學習內容推薦：
資料結構與演算法內容比較多，我們本著實用原則，學習經典的、常用的資料結構、與常用演算法
#學習內容：
1.資料結構的定義
2.演算法的定義
3.複雜度分析
4.常用資料結構
陣列、連結串列、棧、佇列
散列表、二叉樹、堆
跳錶、圖
5.常用演算法
遞迴、排序、二分查詢
搜尋、雜湊、貪心、分治
動態規劃、字串匹配2.考考你
在上一篇：資料結構與算法系列十（排序概述）中，我們列舉了常用的排序演算法，以及分析瞭如何綜合衡量排序演算法的優劣。如果你還沒有看上一篇的內容，可以去看一看，應該會有所收穫。
從這一篇開始，我們把每一種排序演算法，從演算法的思想，到程式碼實現都做一個分享。那麼你準備好了嗎？
我們這一篇的主角是：氣泡排序
#考考你： 1.你知道氣泡排序的核心思想嗎？ 2.你能用java實現氣泡排序嗎？ 3.你能寫出更優秀的氣泡排序程式碼嗎？
3.案例
3.1.氣泡排序思想
假設有一個待排序序列：[4, 5, 6, 3, 2, 1]。我們需要按照升序進行排序，排序後的序列是這樣的：[1, 2, 3, 4, 5, 6]。
如何通過氣泡排序實現呢？
這裡我們先來理解氣泡排序中的冒泡兩個字。所謂冒泡就像平靜的水面，魚兒從水底吹氣一樣，一個一個的水泡向上冒，很詩情畫意，我們都向往這樣的生活環境對吧。
那麼請保持這個美好的姿勢，我們一起來理解氣泡排序的思想，先看一個圖：
氣泡排序核心思想：
假設待排序序列有n個元素，需要經過n次冒泡，每一次冒泡過程中依次比較交換相鄰的兩個元素，一次冒泡結束，都會有1個元素到達指定的目標位置。這裡的關鍵詞有：
1.n個元素，n次冒泡 2.比較交換相鄰元素
3.2.氣泡排序程式碼實現
3.2.1.排序程式碼
/**
* 氣泡排序：普通實現版本
* @param array：待排序陣列
* @param n：待排序陣列大小
*/
public static void sort_1(Integer [] array,int n){
// 如果排序陣列規模小於等於1，直接返回
if(n <= 1){
return;
}
// 有n個元素，進行n次冒泡
for(int i = 0; i < n; i++){
// 每一次冒泡，比較交換相鄰兩個元素
for(int j = 0; j < n-i-1; j++){
if(array[j] > array[j+1]){
int tmp = array[j];
array[j] = array[j+1];
array[j+1] = tmp;
}
}
}
}
3.2.2.測試程式碼
public static void main(String[] args) {
// 初始化測試陣列
Integer[] array = {4,5,6,3,2,1};
// 排序前
System.out.println("1.排序前陣列：" + Arrays.deepToString(array));
// 排序後
sort_1(array,array.length);
// 排序後
System.out.println("2.排序後陣列：" + Arrays.deepToString(array));
}
測試結果：
D:\02teach\01soft\jdk8\bin\java com.anan.algorithm.sort.BubbleSort 1.排序前陣列：[4, 5, 6, 3, 2, 1] 2.排序後陣列：[1, 2, 3, 4, 5, 6] Process finished with exit code 0
3.3.氣泡排序實現優化
3.3.1.優化分析
在3.2.1節氣泡排序普通實現版本，我們嚴格按照氣泡排序的思想：n個元素、n次冒泡，每一次冒泡依次比較交換相鄰元素。實現了一個氣泡排序。
在這裡，請你先簡單思考一下：有沒有更優化的實現方式呢？
我們先來分析一下氣泡排序演算法的時間複雜度，結合程式碼我們發現氣泡排序的時間複雜度是：O(n^2)，有兩次for迴圈，這不是一個高效的演算法對吧。如果說我們能夠減少冒泡的次數，則可以極大提升演算法的執行效率。
問題來了：什麼情況下可以減少冒泡次數呢？
其實我們只要結合氣泡排序演算法的核心思想後半部分：比較交換相鄰的元素。如果說在一次冒泡中，沒有發生相鄰元素的交換，那說明待排序序列已經有序了，不管後面還剩下多少次冒泡，我們都不需要再進行冒泡下去了。這樣是不是就減少冒泡的次數了呢
關於減少冒泡次數的分析，如果你暫時沒有理解過來的話，沒有關係。請看我們下面的程式碼實現，相信結合程式碼你會恍然大悟。
3.3.2.優化程式碼實現
/**
* 氣泡排序：優化實現版本
* @param array：待排序陣列
* @param n：待排序陣列大小
*/
public static void sort_2(Integer [] array,int n){
// 如果排序陣列規模小於等於1，直接返回
if(n <= 1){
return;
}
// 優化標識
// 如果某一次冒泡過程中，沒有發生資料交換
// 則說明已經排好了序，不需要在繼續冒泡
boolean flag = false;
// n個元素，n次冒泡
for(int i = 0; i < n; i++){
// 重置是否發生交換標識
flag = false;
// 每一次冒泡中，比較交換相鄰元素
for(int j = 0; j < n-i-1; j++){
if(array[j] > array[j+1]){
int tmp = array[j];
array[j] = array[j+1];
array[j+1] = tmp;
// 發生了資料交換
flag = true;
}
}
// 一次冒泡結束,檢查是否發生了資料交換
// 如果沒有發生資料交換，說明序列已經有序，不需要再繼續冒泡了
System.out.println("第【" + (i+1) + "】次冒泡.");
if( !flag){
break;
}
}
}
3.3.3.測試程式碼
public static void main(String[] args) {
// 初始化測試陣列
Integer[] array = {4,5,6,3,2,1};
// 排序前
System.out.println("1.排序前陣列：" + Arrays.deepToString(array));
// 第一次排序
System.out.println("2.第一次排序-------------------------------start");
sort_2(array,array.length);
System.out.println("3.第一次排序後陣列：" + Arrays.deepToString(array));
// 第二次排序
System.out.println("4.第二次排序-------------------------------start");
sort_2(array,array.length);
System.out.println("5.第二次排序後陣列：" + Arrays.deepToString(array));
}
測試結果：
4.討論分享
#考考你答案： 1.你知道氣泡排序的核心思想嗎？ 1.1.假設待排序序列有n個元素 1.2.整個排序過程中，需要n次冒泡 1.3.每一次冒泡過程中，依次比較交換相鄰兩個元素 1.4.一次冒泡結束，都會有一個元素到達指定的位置 2.你能用java實現氣泡排序嗎？ 2.1.參考【3.2】節案例實現 3.你能寫出更優秀的氣泡排序程式碼嗎？ 3.1.結合氣泡排序演算法的核心思想：n個元素、n次冒泡，每一次冒泡依次比較交換相鄰的兩個元素 3.2.如果在某一次冒泡中，沒有發生元素交換 3.3.說明待排序序列已經有序，不需要再進行冒泡下去
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