Java冒泡排序的不同实现
一、基础版冒泡排序
基础版冒泡排序是最直观的实现方式，其核心思想是重复遍历待排序数组，每次比较相邻的两个元素，若顺序错误则交换位置。
public class BubbleSortBasic {
public static void bubbleSort(int[] arr) {
if (arr == null || arr.length <= 1) {
return;
}
int n = arr.length;
for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++) {
if (arr[j] > arr[j + 1]) {
// 交换元素
int temp = arr[j];
arr[j] = arr[j + 1];
arr[j + 1] = temp;
}
}
}
}
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
bubbleSort(arr);
System.out.println("排序后的数组：");
for (int num : arr) {
System.out.print(num + " ");
}
}
}
在基础版中，外层循环控制排序的轮数，内层循环负责每轮中相邻元素的比较和交换。随着每一轮的进行，最大的元素会 “浮” 到数组的末尾，所以内层循环的范围会逐渐缩小。
二、优化版冒泡排序
基础版存在一个问题：当数组在中途已经排好序时，算法仍会继续执行剩余的循环，造成不必要的开销。优化版通过引入一个标志位来解决这个问题。
public class BubbleSortOptimized {
public static void bubbleSort(int[] arr) {
if (arr == null || arr.length <= 1) {
return;
}
int n = arr.length;
boolean swapped;
for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
swapped = false;
for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++) {
if (arr[j] > arr[j + 1]) {
int temp = arr[j];
arr[j] = arr[j + 1];
arr[j + 1] = temp;
swapped = true;
}
}
// 如果本轮没有发生交换，说明数组已排好序，提前退出
if (!swapped) {
break;
}
}
}
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
bubbleSort(arr);
System.out.println("排序后的数组：");
for (int num : arr) {
System.out.print(num + " ");
}
}
}
优化版中添加了一个swapped标志，当某一轮循环中没有元素交换时，说明数组已经有序，此时直接跳出外层循环，大大减少了不必要的比较操作。
三、双向冒泡排序
双向冒泡排序（也称为鸡尾酒排序）在传统冒泡排序的基础上进行了改进，它不仅会将最大的元素 “浮” 到末尾，还会将最小的元素 “沉” 到开头，从而提高排序效率。
public class CocktailSort {
public static void cocktailSort(int[] arr) {
if (arr == null || arr.length <= 1) {
return;
}
int left = 0;
int right = arr.length - 1;
while (left < right) {
// 从左到右，将最大元素移到右侧
for (int i = left; i < right; i++) {
if (arr[i] > arr[i + 1]) {
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[i + 1];
arr[i + 1] = temp;
}
}
right--;
// 从右到左，将最小元素移到左侧
for (int i = right; i > left; i--) {
if (arr[i] < arr[i - 1]) {
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[i - 1];
arr[i - 1] = temp;
}
}
left++;
}
}
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
cocktailSort(arr);
System.out.println("排序后的数组：");
for (int num : arr) {
System.out.print(num + " ");
}
}
}
双向冒泡排序适合处理一些特定的数组，例如当最小的元素位于数组末尾时，传统冒泡排序需要多轮循环才能将其移到正确位置，而双向冒泡排序一次从右到左的遍历就能完成。
四、基于链表的冒泡排序
除了对数组进行排序，冒泡排序也可以应用于链表。基于链表的冒泡排序不需要像数组那样频繁地交换元素，而是通过调整节点的指针来实现排序。
class ListNode {
int val;
ListNode next;
ListNode(int x) {
val = x;
next = null;
}
}
public class BubbleSortLinkedList {
public static ListNode bubbleSort(ListNode head) {
if (head == null || head.next == null) {
return head;
}
ListNode end = null;
while (end != head) {
ListNode current = head;
ListNode prev = null;
while (current.next != end) {
if (current.val > current.next.val) {
// 交换节点
ListNode nextNode = current.next;
current.next = nextNode.next;
nextNode.next = current;
if (prev == null) {
head = nextNode;
} else {
prev.next = nextNode;
}
prev = nextNode;
} else {
prev = current;
current = current.next;
}
}
end = current;
}
return head;
}
public static void main(String[] args) {
ListNode head = new ListNode(64);
head.next = new ListNode(34);
head.next.next = new ListNode(25);
head.next.next.next = new ListNode(12);
head.next.next.next.next = new ListNode(22);
head.next.next.next.next.next = new ListNode(11);
head.next.next.next.next.next.next = new ListNode(90);
head = bubbleSort(head);
System.out.println("排序后的链表：");
ListNode current = head;
while (current != null) {
System.out.print(current.val + " ");
current = current.next;
}
}
}
基于链表的冒泡排序在空间复杂度上有一定优势，它不需要额外的数组空间来存储元素，只需操作指针即可。
五、各种实现方式的对比
实现方式 | 时间复杂度（平均） | 时间复杂度（最坏） | 空间复杂度 | 适用场景 |
基础版冒泡排序 | O(n²) | O(n²) | O(1) | 简单数组排序，数据量较小 |
优化版冒泡排序 | O(n²) | O(n²) | O(1) | 可能提前有序的数组 |
双向冒泡排序 | O(n²) | O(n²) | O(1) | 有较小元素在末尾或较大元素在开头的数组 |
基于链表的冒泡排序 | O(n²) | O(n²) | O(1) | 链表结构的数据 |