Implementieren Sie den Blasensortierungsalgorithmus mit Java

Algorithmusanalyse und Verbesserung der Blasensortierung

Die Grundidee der Austauschsortierung besteht darin, die Schlüsselwörter der Datensätze zu vergleichen, die paarweise sortiert werden sollen, und wenn festgestellt wird, dass die Reihenfolge der beiden Datensätze stimmt Im Gegenteil, der Austausch wird so lange durchgeführt, bis keine umgekehrte Reihenfolge mehr zum Datensatz vorliegt.
Die wichtigsten Sortiermethoden, die die Grundidee der Austauschsortierung anwenden, sind: Blasensortierung und Schnellsortierung.

public class BubbleSort implements SortUtil.Sort{ 
public void sort(int[] data) { 
int temp; 
for(int i=0;i<data.length;i++){ 
for(int j=data.length-1;j>i;j--){ 
if(data[j]<data[j-1]){ 
SortUtil.swap(data,j,j-1); 
} 
} 
} 
}

Blasensortierung

1. Sortiermethode

Ordnen Sie das sortierte Datensatzarray R[1..n] vertikal an, jeder Datensatz R wird als betrachtet eine Blase mit Gewicht R.Taste. Gemäß dem Prinzip, dass sich leichte Blasen nicht unter schweren Blasen befinden können, wird das Array R von unten nach oben gescannt: Jede leichte Blase, die gegen dieses Prinzip verstößt, wird nach oben „schweben“. Dies wird wiederholt, bis die letzten beiden Blasen die leichtere oben und die schwerere unten sind.

(1) Das anfängliche

R[1..n] ist ein ungeordneter Bereich.

(2) Der erste Scan

Vergleichen Sie die Gewichte zweier benachbarter Blasen vom Boden des ungeordneten Bereichs aufwärts. Wenn festgestellt wird, dass sich die leichtere am Boden und die schwerere befindet oben ist, tauschen Sie die beiden Standorte der Person aus. Das heißt, vergleichen Sie (R[n], R[n-1]), (R[n-1], R[n-2]),..., (R[2], R[1]) in Sequenz; für jedes Paar Blase (R[j+1], R[j]), wenn R[j+1].keyWenn der erste Scan abgeschlossen ist, schwebt die „leichteste“ Blase an die Spitze des Intervalls, d. h. der Datensatz mit dem kleinsten Schlüsselwort wird an der höchsten Position R[1] platziert.

(3) Der zweite Scan

scannt R[2..n]. Wenn der Scan abgeschlossen ist, schwebt die „zweitleichteste“ Blase an die Position von R[2]...
Nach n-1 Scans kann schließlich die geordnete Fläche R[1..n] erhalten werden
Hinweis: Nein. Während des i-Scans sind R[1..i-1] und R[i..n] der aktuelle geordnete Bereich bzw. der ungeordnete Bereich. Das Scannen erfolgt immer noch vom unteren Ende des ungeordneten Bereichs nach oben zum oberen Ende des Bereichs. Wenn der Scan abgeschlossen ist, schwebt die leichteste Blase im Bereich an die oberste Position R, und das Ergebnis ist, dass R[1..i] zu einem neuen geordneten Bereich wird.

2. Beispiel für den Blasensortierungsprozess

Der Prozess der Blasensortierung einer Datei mit der Schlüsselwortsequenz 49 38 65 97 76 13 27 49

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(1) Analyse

Da bei jeder Sortierung dem geordneten Bereich eine Blase hinzugefügt wird, gibt es nach n-1 Sortierzeiten n-1 Blasen im geordneten Bereich und das Gewicht von Das Gewicht der Blasen im ungeordneten Bereich ist immer größer oder gleich dem Gewicht der Blasen im geordneten Bereich, sodass der gesamte Blasensortierungsprozess höchstens n-1 Sortiervorgänge erfordert.

Wenn in einem bestimmten Sortierdurchgang kein Austausch der Blasenpositionen festgestellt wird, bedeutet dies, dass alle Blasen im ungeordneten Bereich, die sortiert werden sollen, dem Prinzip der leichteren oben und der schwereren unten entsprechen. Der Blasensortiervorgang kann hier nach dem Sortieren beendet werden. Zu diesem Zweck wird im unten angegebenen Algorithmus ein boolescher Austausch eingeführt, der vor Beginn jeder Sortierung auf FALSE gesetzt wird. Wird auf TRUE gesetzt, wenn beim Sortieren ein Austausch stattfindet. Der Austausch wird am Ende jedes Sortierdurchlaufs überprüft. Wenn kein Austausch stattgefunden hat, wird der Algorithmus beendet und der nächste Sortierdurchlauf nicht durchgeführt.

(2) Spezifischer Algorithmus

void BubbleSort(SeqList R) 
{ //R（l..n)是待排序的文件，采用自下向上扫描，对R做冒泡排序 
int i，j； 
Boolean exchange； //交换标志 
for(i=1;i<n;i++){ //最多做n-1趟排序 
exchange=FALSE； //本趟排序开始前，交换标志应为假 
for(j=n-1;j>=i；j--) //对当前无序区R[i..n]自下向上扫描 
if(R[j+1].key<R[j].key){//交换记录 
R[0]=R[j+1]； //R[0]不是哨兵，仅做暂存单元 
R[j+1]=R[j]； 
R[j]=R[0]； 
exchange=TRUE； //发生了交换，故将交换标志置为真 
} 
if(!exchange) //本趟排序未发生交换，提前终止算法 
return； 
} //endfor(外循环) 
} //BubbleSort

Algorithmusanalyse

（1）算法的最好时间复杂度 
若文件的初始状态是正序的，一趟扫描即可完成排序。所需的关键字比较次数C和记录移动次数M均达到最小值： 
Cmin=n-1 
Mmin=0。 
冒泡排序最好的时间复杂度为O(n)。 
（2）算法的最坏时间复杂度 
若初始文件是反序的，需要进行n-1趟排序。每趟排序要进行n-i次关键字的比较(1≤i≤n-1)，且每次比较都必须移动记录三次来达到交换记录位置。在这种情况下，比较和移动次数均达到最大值： 
Cmax=n(n-1)/2=O(n2) 
Mmax=3n(n-1)/2=O(n2) 
冒泡排序的最坏时间复杂度为O(n2)。 
（3）算法的平均时间复杂度为O(n2) 
虽然冒泡排序不一定要进行n-1趟，但由于它的记录移动次数较多，故平均时间性能比直接插入排序要差得多。 
（4）算法稳定性 
冒泡排序是就地排序，且它是稳定的。 
5、算法改进 
上述的冒泡排序还可做如下的改进： 
(1)记住最后一次交换发生位置lastExchange的冒泡排序 
在每趟扫描中，记住最后一次交换发生的位置lastExchange，（该位置之前的相邻记录均已有序）。下一趟排序开始时，R[1..lastExchange-1]是有序区，R[lastExchange..n]是无序区。这样，一趟排序可能使当前有序区扩充多个记录，从而减少排序的趟数。具体算法【参见习题】。 
(2) 改变扫描方向的冒泡排序 
①冒泡排序的不对称性 
能一趟扫描完成排序的情况： 
只有最轻的气泡位于R[n]的位置，其余的气泡均已排好序，那么也只需一趟扫描就可以完成排序。 
【例】对初始关键字序列12，18，42，44，45，67，94，10就仅需一趟扫描。 
需要n-1趟扫描完成排序情况： 
当只有最重的气泡位于R[1]的位置，其余的气泡均已排好序时，则仍需做n-1趟扫描才能完成排序。 
【例】对初始关键字序列：94，10，12，18，42，44，45，67就需七趟扫描。
②造成不对称性的原因 
每趟扫描仅能使最重气泡"下沉"一个位置，因此使位于顶端的最重气泡下沉到底部时，需做n-1趟扫描。 
③改进不对称性的方法 
在排序过程中交替改变扫描方向，可改进不对称性。
JAVA代码：

package Utils.Sort;

/**
*@author Linyco
*利用冒泡排序法对数组排序，数组中元素必须实现了Comparable接口。
*/
public class BubbleSort implements SortStrategy
{
       /**
       *对数组obj中的元素以冒泡排序算法进行排序
       */
       public void sort(Comparable[] obj)
       {
              if (obj == null)
              {
                     throw new NullPointerException("The argument can not be null!");
              }

              Comparable tmp;

              for (int i = 0 ;i < obj.length ;i++ )
              {
                     //切记，每次都要从第一个开始比。最后的不用再比。
                     for (int j = 0 ;j < obj.length - i - 1 ;j++ )
                     {
                            //对邻接的元素进行比较，如果后面的小，就交换
                            if (obj[j].compareTo(obj[j + 1]) > 0)
                            {
                                   tmp = obj[j];
                                   obj[j] = obj[j + 1];
                                   obj[j + 1] = tmp;
                            }
                     }
              }
       }
}

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