java学习--冒泡排序
冒泡排序（Bubble Sort）是一种简单的排序算法，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，若顺序错误则交换它们的位置。因较小的元素会像 “气泡” 一样逐渐 “上浮” 到数组顶端，故得名 “冒泡排序”。
一、基本原理
- 遍历数组：从数组的第一个元素开始，依次比较相邻的两个元素（如第
i个和第i+1个）。 - 交换位置：若前一个元素大于后一个元素（升序排序），则交换它们的位置，确保较大的元素 “下沉” 到右侧。
- 重复过程：每完成一轮遍历，最大的元素会 “冒泡” 到数组的末尾（本轮的最后一个位置）。
- 减少范围：下一轮遍历只需处理剩余未排序的元素（排除已 “冒泡” 到末尾的元素），直到所有元素有序。
二、动图演示（升序排序）
以数组 [3, 1, 4, 2] 为例，冒泡排序过程如下：
第一轮：比较相邻元素，将最大的4移到末尾
[3,1,4,2] → [1,3,4,2]（3和1交换）
→ [1,3,4,2] → [1,3,2,4]（4和2交换）
结果：[1,3,2,4]（4已就位）第二轮：处理前3个元素，将3移到倒数第二位
[1,3,2,4] → [1,3,2,4]（1和3不交换）
→ [1,3,2,4] → [1,2,3,4]（3和2交换）
结果：[1,2,3,4]（3已就位）第三轮：处理前2个元素，已有序，无需交换
最终结果：[1,2,3,4]
三、Java 代码实现（升序排序）
public class BubbleSort {public static void bubbleSort(int[] arr) {if (arr == null || arr.length <= 1) {return; // 数组为空或只有一个元素，无需排序}int n = arr.length;// 外层循环：控制需要排序的轮数（n个元素需要n-1轮）for (int i = 0; i < n - 1; i++) {// 内层循环：每轮比较的范围（排除已排序的i个元素）// 每轮结束后，最大的i个元素已就位，故只需比较到n-1-ifor (int j = 0; j < n - 1 - i; j++) {// 若前一个元素大于后一个，交换位置（升序）if (arr[j] > arr[j + 1]) {int temp = arr[j];arr[j] = arr[j + 1];arr[j + 1] = temp;}}}}public static void main(String[] args) {int[] arr = {3, 1, 4, 2, 5};System.out.println("排序前：" + Arrays.toString(arr));bubbleSort(arr);System.out.println("排序后：" + Arrays.toString(arr));}
}
输出：
排序前：[3, 1, 4, 2, 5]
排序后：[1, 2, 3, 4, 5]
四、优化：减少无效遍历
上述基础实现中，若数组在中途已完全有序，仍会执行剩余的轮次，造成无效操作。可通过添加标志位优化：
- 若某一轮遍历中未发生任何交换，说明数组已完全有序，直接退出循环。
public static void optimizedBubbleSort(int[] arr) {if (arr == null || arr.length <= 1) {return;}int n = arr.length;boolean swapped; // 标志位：本轮是否发生交换for (int i = 0; i < n - 1; i++) {swapped = false; // 初始化：默认未交换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;swapped = true; // 发生交换，标志位置为true}}// 若本轮未交换，说明数组已有序，直接退出if (!swapped) {break;}}
}
五、特点分析
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 时间复杂度 | - 最坏情况（完全逆序）：O (n²)（需 n-1 轮，每轮 n-i 次比较）- 最好情况（已有序）：O (n)（优化后仅需 1 轮遍历）- 平均情况：O (n²) |
| 空间复杂度 | O (1)（仅使用常数级额外空间，原地排序） |
| 稳定性 | 稳定（相等元素的相对位置不会改变，因仅当arr[j] > arr[j+1]时才交换） |
| 适用场景 | 小规模数据排序（简单易懂，但效率较低，不适合大规模数据） |
六、总结
冒泡排序是入门级排序算法，核心逻辑是相邻元素比较交换，通过 “下沉” 大元素实现排序。其优点是简单直观、稳定、原地排序，缺点是时间复杂度较高（O (n²)），仅适合处理少量数据。优化后的版本可通过标志位减少无效遍历，提升最佳情况下的效率。