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# 11.2.   冒泡排序
「冒泡排序 Bubble Sort」是一种基于元素交换实现排序的算法,非常适合作为第一个学习的排序算法
「冒泡排序 Bubble Sort」的工作原理类似于泡泡在水中的浮动。在水中,较大的泡泡会最先浮到水面
!!! question "为什么叫“冒泡”"
「冒泡操作」利用元素交换操作模拟了上述过程,具体做法为:从数组最左端开始向右遍历,依次比较相邻元素大小,如果“左元素 > 右元素”就交换它俩。遍历完成后,最大的元素会被移动到数组的最右端。
在水中,越大的泡泡浮力越大,所以最大的泡泡会最先浮到水面
「冒泡操作」则是在模拟上述过程,具体做法为:从数组最左端开始向右遍历,依次对比相邻元素大小,若“左元素 > 右元素”则将它俩交换,最终可将最大元素移动至数组最右端。
完成一次冒泡操作后,**数组最大元素已在正确位置,接下来只需排序剩余 $n - 1$ 个元素**。
**在完成一次冒泡操作后,数组的最大元素已位于正确位置,接下来只需对剩余 $n - 1$ 个元素进行排序**
=== "<1>"
![冒泡操作步骤](bubble_sort.assets/bubble_operation_step1.png)
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## 11.2.1. &nbsp; 算法流程
设输入数组长度为 $n$ 循环执行「冒泡」操作
设输入数组长度为 $n$ 整个冒泡排序的步骤为
1. 完成第一轮「冒泡」后,数组最大元素已正确位置,接下来只需排序剩余 $n - 1$ 个元素;
2. 对剩余 $n - 1$ 个元素执行冒泡,可将第二大元素交换至正确位置,因而待排序元素只剩 $n - 2$ 个;
3. 此类推…… **循环 $n - 1$ 轮冒泡」,即可完成整个数组的排序**
1. 完成第一轮「冒泡」后,数组最大元素已位于正确位置,接下来只需剩余 $n - 1$ 个元素进行排序
2. 对剩余 $n - 1$ 个元素执行冒泡操作,可将第二大元素交换至正确位置,因而待排序元素只剩 $n - 2$ 个;
3. 此类推,经过 $n - 1$ 轮冒泡操作,整个数组便完成排序
![冒泡排序流程](bubble_sort.assets/bubble_sort_overview.png)
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## 11.2.2. &nbsp; 算法特性
**时间复杂度 $O(n^2)$** :各轮冒泡遍历的数组长度为 $n - 1$ , $n - 2$ , $\cdots$ , $2$ , $1$ 次,求和为 $\frac{(n - 1) n}{2}$ ,因此使用 $O(n^2)$ 时间。引入下文的 `flag` 优化后,最佳时间复杂度可达到 $O(N)$ 因此是“自适应排序”。
**时间复杂度 $O(n^2)$** :各轮冒泡遍历的数组长度依次为 $n - 1$ , $n - 2$ , $\cdots$ , $2$ , $1$ ,总和为 $\frac{(n - 1) n}{2}$ ,因此使用 $O(n^2)$ 时间。引入下文的 `flag` 优化后,最佳时间复杂度可达到 $O(n)$ 所以它是“自适应排序”。
**空间复杂度 $O(1)$** :指针 $i$ , $j$ 使用常数大小的额外空间,因此是“原地排序”。
冒泡操作中遇到相等元素不交换,因此是“稳定排序”。
由于冒泡操作中遇到相等元素不交换,因此冒泡排序是“稳定排序”。
## 11.2.3. &nbsp; 效率优化
我们发现,若在某轮冒泡」中未执行任何交换操作,说明数组已经完成排序,可直接返回结果。考虑可以增加一个标志位 `flag` 来监听该情况,若出现则直接返回。
我们发现,如果某轮冒泡操作中没有执行任何交换操作,说明数组已经完成排序,可直接返回结果。因此,可以增加一个标志位 `flag` 来监测这种情况,一旦出现就立即返回。
优化,冒泡排序的最差和平均时间复杂度仍为 $O(n^2)$ 而在输入数组完全有序时,达到最佳时间复杂度 $O(n)$ 。
经过优化,冒泡排序的最差和平均时间复杂度仍为 $O(n^2)$ 但当输入数组完全有序时,达到最佳时间复杂度 $O(n)$ 。
=== "Java"