冒泡排序也要寫得優(yōu)雅出眾

導(dǎo)語

排序算法是筆試面試當(dāng)中經(jīng)常遇到的內(nèi)容,之前參加的兩個(gè)筆試都遇到了手寫排序算法,可能大家都能寫出來,但是要出眾就要把代碼優(yōu)化一下,讓人一看到就覺得你想的不簡(jiǎn)單。首先從最簡(jiǎn)單的冒泡排序開始,相信大家都能默出來,由于大部分人寫的都一樣,所以你要更出眾的代碼。

冒泡排序算法的步驟:
1.比較相鄰的元素。如果第一個(gè)比第二個(gè)大,就交換他們兩個(gè)。
2.對(duì)每一對(duì)相鄰元素作同樣的工作,從開始第一對(duì)到結(jié)尾的最后一對(duì)。最后的元素應(yīng)該會(huì)是最大的數(shù)。
3.針對(duì)所有的元素重復(fù)以上的步驟,除了最后一個(gè)。
4.持續(xù)每次對(duì)越來越少的元素重復(fù)上面的步驟,直到?jīng)]有任何一對(duì)數(shù)字需要比較。

首先給出嚴(yán)格按照定義寫的代碼:

void bubbleSort(int array[], int length)
{
    for (int i = 0; i < length; i++) {
        for (int j = 1; j < length - i; j++) {
            if (array[j-1] > array[j]) {
                swap(array[j-1], array[j]);
            }
        }
    }
}

這里先給出交換函數(shù),交換函數(shù)有很多種寫法,最基本的寫法是:

void swap(int &a, int &b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

據(jù)說會(huì)在筆試中考不用中間變量交換兩個(gè)數(shù),網(wǎng)上有種寫法:(其實(shí)這類方法還可已通過加減乘等代換方式實(shí)現(xiàn),但都有一定弊端,雖然我們?cè)谄綍r(shí)的編程中不會(huì)這么寫,不裝X的話還是寫第一種)

void swap(int &a, int &b) {
    a = a ^ b;
    b = b ^ a;
    a = a ^ b;
}

但這種寫法有個(gè)問題,當(dāng)交換同一元素時(shí),該元素會(huì)被置零,在選擇排序中會(huì)有bug所以還是建議第一種寫法,當(dāng)然你也可以在里面加個(gè)判斷:

void swap(int &a, int &b) {
    if (a != b) {
        a = a ^ b;
        b = b ^ a;
        a = a ^ b;
    }
}

很明顯上面的經(jīng)典算法有些不足,當(dāng)我們需要排序的數(shù)組基本有序時(shí),上面的代碼還會(huì)做出很多不必要的查找判斷,降低了代碼的執(zhí)行效率。下面我們進(jìn)行第一步優(yōu)化,我們先定義一個(gè)標(biāo)志flag,用來判斷本次排序中是否發(fā)生交換,如果沒有發(fā)生交換,說明排序已經(jīng)完成,我們不需要再做不必要的循環(huán)判斷,代碼為:

void bubbleSort(int array[], int length) {
    bool flag = true;//判斷是否發(fā)生交換
    while (flag) {
        flag = false;
        for (int j = 1; j < length; j++) {
            if (array[j-1] > array[j]) {
                swap(array[j-1], array[j]);
                flag = true;
            }
        }
        length --;
    }
}

對(duì)比下兩種方法的比較大小次數(shù):


第一種方法
第二種方法

由上圖對(duì)比可見,第二種方法大大減少了對(duì)比的次數(shù)。

再做進(jìn)一步優(yōu)化,如果有數(shù)組前面幾個(gè)是無序的,而后面的元素都已經(jīng)是有序的,那我們就可以記錄下無序的位置,下次排序判斷時(shí),只需要從數(shù)組頭部遍歷到該位置就可以了,這樣可以省去遍歷后面的元素,提高了代碼的執(zhí)行效率。代碼為:

void bubbleSort(int array[], int length)
{
    int flag = length;
    while (flag > 0) {
        int k = flag;
        flag = 0;
        for (int j = 1; j < k; j++) {
            if (array[j - 1] > array[j]) {
                swap(array[j - 1], array[j]);
                flag = j;
            }
        }
    }
}

該方法和第二種的區(qū)別就是:先判斷有沒有交換,若有交換我也只遍歷無序的區(qū)域。比較次數(shù):

屏幕快照 2016-06-01 下午4.09.07.png

很明顯比上面的少了很多次。
最后要說一句,冒泡排序?qū)懫饋砗?jiǎn)單,相對(duì)于其他的排序算法效率比較低下,數(shù)據(jù)規(guī)模不大時(shí),可以使用。

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