C語言冒泡排序算法詳解及實例

來源：本站原創(chuàng)|時間：2020-01-10|欄目：C語言|點擊：次

C語言冒泡排序算法

冒泡排序（Bubble Sort）是一種簡單的排序算法。它重復(fù)地走訪過要排序的數(shù)列，一次比較兩個元素，如果他們的順序錯誤就把他們交換過來。走訪數(shù)列的工作是重復(fù)地進(jìn)行直到?jīng)]有再需要交換，也就是說該數(shù)列已經(jīng)排序完成。這個算法的名字由來是因為越小的元素會經(jīng)由交換慢慢“浮”到數(shù)列的頂端。

冒泡排序?qū)個項目需要O(n2)的比較次數(shù)，且可以原地排序。盡管這個算法是最簡單了解和實作的排序算法之一，但它對于少數(shù)元素之外的數(shù)列排序是很沒有效率的。

冒泡排序是與插入排序擁有相等的執(zhí)行時間，但是兩種法在需要的交換次數(shù)卻很大地不同。在最壞的情況，冒泡排序需要O(n2)次交換，而插入排序只要最多O(n)交換。冒泡排序的實現(xiàn)（類似下面）通常會對已經(jīng)排序好的數(shù)列拙劣地執(zhí)行（O(n2)），而插入排序在這個例子只需要O(n)個運算。因此很多現(xiàn)代的算法教科書避免使用冒泡排序，而用插入排序取代之。冒泡排序如果能在內(nèi)部循環(huán)第一次執(zhí)行時，使用一個旗標(biāo)來表示有無需要交換的可能，也有可能把最好的復(fù)雜度降低到O(n)。在這個情況，在已經(jīng)排序好的數(shù)列就無交換的需要。若在每次走訪數(shù)列時，把走訪順序和比較大小反過來，也可以稍微地改進(jìn)效率。有時候稱為往返排序，因為算法會從數(shù)列的一端到另一端之間穿梭往返。

使用冒泡排序為一列數(shù)字進(jìn)行排序的過程

冒泡排序算法的運作如下：

比較相鄰的元素。如果第一個比第二個大，就交換他們兩個。
對每一對相鄰元素作同樣的工作，從開始第一對到結(jié)尾的最后一對。在這一點，最后的元素應(yīng)該會是最大的數(shù)。
針對所有的元素重復(fù)以上的步驟，除了最后一個。
持續(xù)每次對越來越少的元素重復(fù)上面的步驟，直到?jīng)]有任何一對數(shù)字需要比較。

由于它的簡潔，冒泡排序通常被用來對于程式設(shè)計入門的學(xué)生介紹算法的概念。

關(guān)于冒泡排序的算法實現(xiàn)網(wǎng)上很多，本文采用C語言泛型實現(xiàn)：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

void swap(void *vp1, void *vp2, int size){ 
   char buffer[size];
   memcpy(buffer, vp1, size); 
   memcpy(vp1, vp2, size); 
   memcpy(vp2, buffer, size); 
}

int cmp_int(const void *a , const void *b ) 
{ 
  return *(int *)a - *(int *)b; 
}

int cmp_double(const void *a , const void *b ) 
{ 
   return *(double *)a > *(double *)b ? 1 : -1; 
} 

void bubbleSort(void *base, int n, int elemsize, int(*cmp)(const void *, const void *))
{
  char *q = (char *)base;
  char *p = (char *)base + n * elemsize;
  while(p > q) {
    for(; q != p - elemsize; q += elemsize) {
      if(cmp(q, q + elemsize) > 0) { 
        swap(q, q + elemsize, elemsize);
      }
    }
    q = (char *)base;
    p -= elemsize;
  }
}

int main(void)
{
  //測試數(shù)據(jù)
  int arr1[] = {5, 4, 1, 3, 6, 12, 8, 22, 34,76};
  //冒泡排序
  bubbleSort(arr1, 10, sizeof(int), cmp_int);
  //打印排序結(jié)果
  int i;
  for(i = 0; i < 10; i++)
    printf("%d ", arr1[i]);
  printf("\n");
  double arr2[] = {5.4, 4.8, 1.2, 3.4, 6.7, 12.12, 8.6, 22.12, 34.5, 76.3};
  bubbleSort(arr2, 10, sizeof(double), cmp_double);
  for(i = 0; i < 10; i++)
    printf("%.2f ", arr2[i]);
  printf("\n");
}

運行結(jié)果如下：

常規(guī)實現(xiàn)如下（C語言）：

#include <stdio.h>

void bubbleSort(int arr[], int count)
{
  int i = count, j;
  int temp;
  while(i > 0) {
    for(j = 0; j < i - 1; j++) {
      if(arr[j] > arr[j + 1]){  
        temp = arr[j];
        arr[j] = arr[j + 1];
        arr[j + 1] = temp;
      }
    }
    i--;
  }
 
}
int main()
{
  //測試數(shù)據(jù)
  int arr[] = {5, 4, 1, 3, 6};
  //冒泡排序
  bubbleSort(arr, 5);
  //打印排序結(jié)果
  for(int i = 0; i < 5; i++)
    printf("%4d", arr[i]);
}

使用標(biāo)志的冒泡排序

如果已知數(shù)列基本有序，可采用一個標(biāo)志，減少無謂的判斷，提高效率

void bubbleSort(int d[], int size) //假定兩兩交換發(fā)生在數(shù)組最后的兩個位置
{
  int exchange = size - 1;
  while(exchange) {
    //記錄下發(fā)生數(shù)據(jù)交換的位置
    int bound = exchange;
    exchange = 0;  //假定本趟比較沒有數(shù)據(jù)交換
    for(int i = 0; i < bound; i++) {
      if(d[i] > d[i + 1]) {
        swap(&d[i], &d[i+1]);
        exchange = i;
      }
    }
  }
}

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