冒泡排序算法：简单高效，C语言实现指南

闲谈

2023-12-21 09:53:29

冒泡排序算法以其简单直观的特点，成为许多程序员学习排序算法的入门之选。本文将使用C语言代码示例，详细介绍冒泡排序算法的原理、步骤、时间复杂度和优化方法，帮助您轻松理解并应用这一经典排序算法。

冒泡排序原理

冒泡排序的基本思想是：每次比较两个相邻的元素，如果它们的顺序错误就把它们交换过来。如果数组有n个元素，排序需要n-1趟操作。每一趟中，将最大的元素“冒泡”到数组末尾。重复执行n-1趟操作，即可将数组中的所有元素按降序排列。

冒泡排序步骤

比较相邻元素：将数组第一个元素与第二个元素比较，如果第二个元素小于第一个元素，就交换它们的位置。
循环比较：继续比较数组第二个元素与第三个元素，第三个元素与第四个元素，以此类推，直到比较数组最后一个元素与倒数第二个元素。
重复循环：第一趟比较结束之后，数组的最后一个元素已经是最大的了。然后，从头开始进行第二趟循环比较。第二趟比较结束后，数组的倒数第二个元素已经是第二大的了。重复这一过程，直到所有元素按降序排列。

冒泡排序时间复杂度

冒泡排序的时间复杂度为O(n^2)，即时间消耗与数组大小的平方成正比。这意味着数组越大，排序所需的时间就越长。对于小规模的数据集，冒泡排序算法可以快速完成排序，但对于大规模的数据集，冒泡排序算法的效率会非常低。

冒泡排序优化

为了提高冒泡排序的效率，可以采用一些优化方法：

设置一个标志位来记录是否有元素交换。如果一趟比较中没有发生元素交换，则表明数组已经有序，可以提前终止排序过程。
在比较相邻元素时，从数组的尾部开始比较。这样，在每一趟比较中，已经排序的元素可以留在数组的尾部，从而减少后续比较的次数。
使用改进的冒泡排序算法，如鸡尾酒排序算法或希尔排序算法。这些改进后的算法可以显著提高冒泡排序的效率，特别是在处理大规模数据时。

C语言代码示例

#include <stdio.h>

void bubbleSort(int arr[], int n) {
  int i, j, temp;
  for (i = 0; i < n - 1; i++) {
    for (j = 0; j < n - i - 1; j++) {
      if (arr[j] > arr[j + 1]) {
        temp = arr[j];
        arr[j] = arr[j + 1];
        arr[j + 1] = temp;
      }
    }
  }
}

int main() {
  int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
  int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

  bubbleSort(arr, n);

  for (int i = 0; i < n; i++) {
    printf("%d ", arr[i]);
  }

  return 0;
}