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冒泡排序

冒泡排序(Bubble Sort)是一种简单的排序算法。它重复地遍历要排序的数列,一次比较两个元素,如果它们的顺序错误就把它们交换过来。遍历数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换,也就是说该数列已经排序完成。

算法原理

冒泡排序的基本思想是:

  1. 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大,就交换他们两个。
  2. 对每一对相邻元素作同样的工作,从开始第一对到结尾的最后一对。这步做完后,最后的元素会是最大的数。
  3. 针对所有的元素重复以上的步骤,除了最后一个。
  4. 持续每次对越来越少的元素重复上面的步骤,直到没有任何一对数字需要比较。

JavaScript 实现

js
/**
 * 冒泡排序实现
 * @param {Array} array - 待排序的数组
 * @returns {Array} 排序后的新数组
 */
function bubbleSort(array) {
  // 创建数组副本以避免修改原数组
  const sorted = [...array];
  const len = sorted.length;
  
  // 外层循环控制排序轮数
  for (let i = 0; i < len - 1; i++) {
    // 设置标志位,优化算法
    let swapped = false;
    
    // 内层循环进行相邻元素比较
    for (let j = 0; j < len - 1 - i; j++) {
      // 如果前一个元素大于后一个元素,则交换位置
      if (sorted[j] > sorted[j + 1]) {
        [sorted[j], sorted[j + 1]] = [sorted[j + 1], sorted[j]];
        swapped = true;
      }
    }
    
    // 如果这一轮没有发生交换,说明数组已经有序
    if (!swapped) break;
  }
  
  return sorted;
}

// 使用示例
const numbers = [64, 34, 25, 12, 22, 11, 90];
const sortedNumbers = bubbleSort(numbers);
console.log('原数组:', numbers);
console.log('排序后:', sortedNumbers);

算法特点

  • 时间复杂度:
    • 最坏情况: O(n²)
    • 最好情况: O(n) (已排序的情况)
    • 平均情况: O(n²)
  • 空间复杂度: O(1) (原地排序)
  • 稳定性: 稳定排序 (相等元素的相对位置不会改变)
  • 适应性: 是适应性排序算法,对于已排序或接近排序的数据表现较好

优缺点

优点

  1. 实现简单,容易理解
  2. 是稳定排序算法
  3. 是原地排序算法
  4. 对于小规模数据排序效率尚可
  5. 具有适应性,对已排序数据只需O(n)时间

缺点

  1. 时间复杂度较高,大数据集效率低
  2. 比较和交换次数多,即使在最优情况下也需要O(n)次比较

应用场景

  1. 教学演示排序算法原理
  2. 小规模数据排序
  3. 数据基本有序的情况下
  4. 对稳定性有要求的排序场景

冒泡排序虽然效率不高,但由于其实现简单,在教学和小规模数据排序中有一定价值。