面试必会排序算法（1）java 实现冒泡排序讲解
创作目的
最近想系统整理一下数据库的索引系列，然后就牵扯到了二分查找，二分查找的前提需要排序。
排序工作中我们用的很多，不过很少去关心实现；面试中，排序的出场率非常高，以此来验证大家是否懂得“算法”。
无论如何，排序算法都值得每一位极客去学习和掌握。
冒泡排序
冒泡排序（英语：Bubble Sort）又称为泡式排序，是一种简单的排序算法。
它重复地走访过要排序的数列，一次比较两个元素，如果他们的顺序错误就把他们交换过来。走访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。这个算法的名字由来是因为越小的元素会经由交换慢慢“浮”到数列的顶端。
冒泡排序对 n 个项目需要 O(n^2) 的比较次数，且可以原地排序。
尽管这个算法是最简单了解和实现的排序算法之一，但它对于包含大量的元素的数列排序是很没有效率的。
流程
冒泡排序算法的运作如下：
比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换他们两个。
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。
针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个。
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。
由于它的简洁，冒泡排序通常被用来对于程序设计入门的学生介绍算法的概念。
代码实现
已有实现的不足
冒泡排序的文章和实现在网上有很多，讲解的也很详细。
此处只补充一下自己觉得不足的地方：
（1）大部分实现都只是一个 int 比较的例子，实用性不强。
（2）没有统一的接口，不便于后期的统一拓展和自适应。（根据不同的数量，选择不同的算法）
（3）没有自适应性的日志输出，不便于学习。
接口定义
基于上面 3 点，我们做一点小小的改进。
第一步：统一定义一个排序的接口。
package com.github.houbb.sort.api;
import java.util.List;
/**
* 排序接口
* @author binbin.hou
* @since 0.0.1
*/
public interface ISort {
/**
* 排序
* @param original 原始列表
* @since 0.0.1
*/
void sort(List<?> original);
}
抽象实现
为了便于后期拓展，统一实现一个抽象父类：
package com.github.houbb.sort.core.api;
import com.github.houbb.heaven.util.util.CollectionUtil;
import com.github.houbb.sort.api.ISort;
import java.util.List;
/**
* 抽象排序实现
* @author binbin.hou
* @since 0.0.1
*/
public abstract class AbstractSort implements ISort {
@Override
public void sort(List<?> original) {
//fail-return
if(CollectionUtil.isEmpty(original) || original.size() == 1) {
return;
}
doSort(original);
}
/**
* 执行排序
* @param original 原始结果
* @since 0.0.1
*/
protected abstract void doSort(List<?> original);
}
这里很简单，针对空列表，或者大小为1的列表，无需进行排序。
冒泡排序
接下来我们实现以下冒泡排序即可：
有几点需要说明下：
（1）这里是对 Comparable 对象的支持，本质上和常见的 int 比较一样，这样的适用范围更加广泛一些。
（2）这里是基于 java 的 list 进行排序，因为个人认为 list 的出场率是高于数组的，当然大家如果想实现数组版本的，也是类似的。
（3）changeFlag 也就是我们常说的针对冒泡排序的优化，如果没有变更，说明排序完成，可以直接返回了。
package com.github.houbb.sort.core.api;
import com.github.houbb.heaven.annotation.ThreadSafe;
import com.github.houbb.log.integration.core.Log;
import com.github.houbb.log.integration.core.LogFactory;
import java.util.List;
/**
* 冒泡排序
* @author binbin.hou
* @since 0.0.1
*/
@ThreadSafe
public class BubbleSort extends AbstractSort {
private static final Log log = LogFactory.getLog(BubbleSort.class);
@Override
@SuppressWarnings("unchecked")
public void doSort(List<?> original) {
boolean changeFlag;
for(int i = 0; i < original.size()-1; i++) {
changeFlag = false;
for(int j = 0; j < original.size()-1-i; j++) {
// 如果 j > j+1
Comparable current = (Comparable) original.get(j);
Comparable next = (Comparable) original.get(j+1);
if(current.compareTo(next) > 0) {
swap(original, j, j+1);
changeFlag = true;
}
}
// 如果没发生置换，说明后面已经排序完成
if(!changeFlag) {
return;
}
}
}
/**
* 执行数据的交换
* @param original 原始
* @param i 第一个
* @param j 第二个
* @since 0.0.1
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
private void swap(List original,
int i, int j) {
Object temp = original.get(i);
original.set(i, original.get(j));
original.set(j, temp);
}
}
工具类
为了让这个实现类使用起来更加方便，我们就模仿一下 jdk 中的方法。提供一个工具类：
package com.github.houbb.sort.core.util;
import com.github.houbb.heaven.support.instance.impl.Instances;
import com.github.houbb.sort.core.api.BubbleSort;
import java.util.List;
/**
* 排序工具类
* @author binbin.hou
* @since 0.0.1
*/
public final class SortHelper {
private SortHelper(){}
/**
* 冒泡排序
* @param <T> 泛型
* @param list 列表
* @since 0.0.1
*/
public static <T extends Comparable<? super T>> void bubble(List<T> list) {
Instances.singleton(BubbleSort.class).sort(list);
}
}
测试
我们来验证一下排序算法。
测试代码
List<Integer> list = RandomUtil.randomList(5);
System.out.println("开始排序：" + list);
SortHelper.bubble(list);
其中 RandomUtil 是一个随机生成的工具，便于我们测试，实现如下：
package com.github.houbb.sort.core.util;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;
/**
* @author binbin.hou
* @since 0.0.1
*/
public final class RandomUtil {
private RandomUtil(){}
/**
* 随机列表
* @param size 大小
* @return 结果
* @since 0.0.1
*/
public static List<Integer> randomList(final int size) {
List<Integer> list = new ArrayList<>(size);
Random random = ThreadLocalRandom.current();
for(int i = 0; i < size; i++) {
list.add(random.nextInt(100));
}
return list;
}
}
日志
为了便于理解，我们可以在排序实现中加一点日志：
if(current.compareTo(next) > 0) {
swap(original, j, j+1);
changeFlag = true;
if(log.isDebugEnabled()) {
String format = String.format("i=%s, j=%s, c=%s, n=%s, 排序后: %s",
i, j, current, next, original);
log.debug(format);
}
} else {
if(log.isDebugEnabled()) {
String format = String.format("i=%s, j=%s, c=%s, n=%s, 无变化: %s",
i, j, current, next, original);
log.debug(format);
}
}
i,j 代表本次循环的 i,j; c 代表当前值，n 代表 next 下一个值。
测试日志如下：
开始排序：[77, 48, 10, 8, 28]
i=0, j=0, c=77, n=48, 排序后: [48, 77, 10, 8, 28]
i=0, j=1, c=77, n=10, 排序后: [48, 10, 77, 8, 28]
i=0, j=2, c=77, n=8, 排序后: [48, 10, 8, 77, 28]
i=0, j=3, c=77, n=28, 排序后: [48, 10, 8, 28, 77] -- 第一次冒泡，把最大的 77 排序到最右侧
i=1, j=0, c=48, n=10, 排序后: [10, 48, 8, 28, 77]
i=1, j=1, c=48, n=8, 排序后: [10, 8, 48, 28, 77]
i=1, j=2, c=48, n=28, 排序后: [10, 8, 28, 48, 77] -- 第二次冒泡，把第二大的 48 排序到最右侧
i=2, j=0, c=10, n=8, 排序后: [8, 10, 28, 48, 77] -- 这次排序结束后， 28 和 10 已经放在了对应的位置
i=2, j=1, c=10, n=28, 无变化: [8, 10, 28, 48, 77]
i=3, j=0, c=8, n=10, 无变化: [8, 10, 28, 48, 77]
这个算法，是把小的值放在前面，所以只有当 c > n 的时候，才会发生排序。
最后 i = 6, j = 2 的时候，已经排序完成。
开源地址
https://github.com/houbb/sort
欢迎大家 fork/star，鼓励一下作者~~
小结
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