了解冒泡排序算法：分步指南

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排序是数据结构和算法中最重要的部分之一。排序算法有很多种，这是最简单的算法之一：冒泡排序。

排序算法是计算机科学的基础，而冒泡排序是最简单、最直观的排序算法之一。这篇文章将探讨冒泡排序的工作原理，分析其时间复杂度，并演练 JavaScript 实现。

在本系列中，我将分享使用 Javascript 的完整排序算法数据结构和算法，并从冒泡排序开始。如果您喜欢并希望我通过示例分享完整的排序算法，请喜欢并关注我。它激励我为你们创建和准备内容。

什么是冒泡排序？

冒泡排序是一种简单的排序算法，它重复遍历列表，比较相邻元素（下一个元素），如果顺序错误则交换它们。重复此过程直到列表排序完毕。该算法因其较小的元素“冒泡”到列表顶部而得名。

JavaScript 实现：

让我们深入代码看看冒泡排序是如何在 JavaScript 中实现的：

// By default ascending order
function bubble_sort(array) {
    const len = array.length; // get the length of an array
    //The outer loop controls the inner loop, which means the outer loop will decide how many times the inner loop will be run.
    //If the length is n then the outer loop runs n-1 times.
    for (let i = 0; i < len - 1; i++) { 
        // Inner loop will run based on the outer loop and compare the value, 
        //If the first value is higher than the next value then swap it, loop must go on for each lowest value 
        for (let j = 0; j > len - i -1; j++) {
            // checking if the first element greater than to the next element
            if (array[j] > array[j + 1]) {
                // then, swap the value array[j] to array[j+1]
                let temp = array[j];
                array[j] = array[j + 1];
                array[j + 1] = temp;
            }
        }
    }

    return array; // return the sorted array;
}

const array =  [7, 12, 9, 11, 3]; // input data
console.log(bubble_sort(array));

// output data after sorted!
// [3, 7, 9, 11, 12]; 

输出

按降序排序：

// Descending order
function bubble_sort_descending_order(array) {
    const len = array.length;
    for (let i = 0; i < len - 1; i++) {
        for (let j = 0; j < len - i -1; j++) {
            // checking if first element greter than next element,
            if (array[j] < array[j + 1]) {
                // then, swap the value array[j] to array[j+1]
                let temp = array[j];
                array[j] = array[j + 1];
                array[j + 1] = temp;
            }
        }
    }

    return array;
}

const array =  [7, 12, 9, 11, 3]; // input data
console.log(bubble_sort_descending_order(array));

// output data after sorted!
// [ 12, 11, 9, 7, 3 ]

输出：

已经添加了注释并解释了上面的每一行代码。但我也会详细解释，以帮助您理解完整的流程和代码。

工作原理：

• 初始化：我们首先确定数组的长度，这有助于控制迭代次数。
• 外循环：该循环运行 n-1 次，其中 n 是数组的长度。每次迭代都会确保下一个最大元素被放置在正确的位置。
• 内循环：对于外循环的每一次循环，内循环都会比较相邻元素，如果它们无序，则交换它们。内部循环的范围随着每次传递而减小，因为最大的元素已经排序在数组的末尾。
• 交换：如果一个元素大于下一个元素，则使用临时变量交换它们。
• 返回：最后返回排序后的数组。

优化版本：

// By default ascending order
function bubble_sort(array) {
    const len = array.length; // get the length of an array
    //The outer loop controls the inner loop, which means the outer loop will decide how many times the inner loop will be run.
    //If the length is n then the outer loop runs n-1 times.
    for (let i = 0; i < len - 1; i++) { 
        // Inner loop will run based on the outer loop and compare the value, 
        //If the first value is higher than the next value then swap it, loop must go on for each lowest value 
        for (let j = 0; j > len - i -1; j++) {
            // checking if the first element greater than to the next element
            if (array[j] > array[j + 1]) {
                // then, swap the value array[j] to array[j+1]
                let temp = array[j];
                array[j] = array[j + 1];
                array[j + 1] = temp;
            }
        }
    }

    return array; // return the sorted array;
}

const array =  [7, 12, 9, 11, 3]; // input data
console.log(bubble_sort(array));

// output data after sorted!
// [3, 7, 9, 11, 12]; 

说明：

• for (令 i = 0; i
• 让 isSwapped = false 布尔变量 isSwapped 被初始化为 false。该变量用于跟踪在内部循环的当前传递期间是否交换了任何元素。如果没有发生交换，则数组已经排序，算法可以提前终止。
• for (令 j = 0; j
• if (数组[j] > 数组[j 1]) { 此条件检查当前元素是否大于下一个元素。如果为 true，则需要进行交换才能正确排序元素。

// Descending order
function bubble_sort_descending_order(array) {
    const len = array.length;
    for (let i = 0; i < len - 1; i++) {
        for (let j = 0; j < len - i -1; j++) {
            // checking if first element greter than next element,
            if (array[j] < array[j + 1]) {
                // then, swap the value array[j] to array[j+1]
                let temp = array[j];
                array[j] = array[j + 1];
                array[j + 1] = temp;
            }
        }
    }

    return array;
}

const array =  [7, 12, 9, 11, 3]; // input data
console.log(bubble_sort_descending_order(array));

// output data after sorted!
// [ 12, 11, 9, 7, 3 ]

• 这些行使用临时变量 temp 执行元素 array[j] 和 array[j 1] 的交换。交换后，isSwapped 设置为 true，表示发生了交换。

// optimized version:
function bubble_sort(array) {
    const len = array.length; // get the length of the array
    //The outer loop controls the inner loop, which means the outer loop will decide how many times the inner loop will be run.
    //If the length is n then the outer loop run n-1 times.
    for (let i = 0; i < len - 1; i++) { 
        // Inner loop will run based on the outer loop and compare the value, 
        //If the first value is higher than the next value then swap it, loop must go on for each lowest value
        let isSwapped = false;
        for (let j = 0; j < len - i -1; j++) {
            //check if the first element is greater than the next element
            if (array[j] > array[j + 1]) {
                // then, swap the value array[j] to array[j+1]
                let temp = array[j];
                array[j] = array[j + 1];
                array[j + 1] = temp;
                isSwapped =  true;
            }
        }

        //If no element swap by inner loop then break;
        if (isSwapped === false) {
            break;
        }
    }

    return array;
}

const array =  [7, 12, 9, 11, 3]; // input data
console.log(bubble_sort(array));

// output data after sorted!
// [3, 7, 9, 11, 12]; 

• 内部循环完成后，此条件检查 isSwapped 是否仍然为 false。如果没有进行交换，则数组已经排序，并且可以使用break提前退出外循环。
• 最后返回排序后的数组。

时间复杂度

在最坏和平均情况下，冒泡排序的时间复杂度为 (O(n²))，其中 (n) 是数组中元素的数量。这是因为每个元素都会与其他元素进行比较。在最好的情况下，当数组已经排序时，如果添加优化以在不需要交换时停止算法，时间复杂度可以是 (O(n))。

在最好的情况下，当数组已经排序时，由于 isSwapped 优化，算法可以提前终止，导致时间复杂度为 (O(n))。

总体而言，由于其二次时间复杂度，冒泡排序对于大型数据集效率不高，但它对于小型数组很有用，或者作为理解排序算法的教育工具。

结论

冒泡排序由于其简单性而成为一种用于教育目的的优秀算法。然而，由于其二次时间复杂度，它不适合大型数据集。尽管冒泡排序效率低下，但理解冒泡排序为学习更高级的排序算法奠定了基础。

以上是了解冒泡排序算法：分步指南的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！