冒泡排序及其优化

冒泡排序属于交换排序，基本思想：从待排序序列的第2个记录开始，和其前一个相邻的记录进行比较，若发生逆序，则交换。

冒泡排序的C++实现：

SortTestHelper.h文件（包含排序的辅助函数）

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>  //clock()、CLOCKS_PER_SEC
#include <cassert>  //包含函数assert()

using namespace std;

namespace SortTestHelper
{
//辅助函数 - 随机产生一个数组
int* generateRandomArray(int n, int RangeL, int RangeR)  //返回数组首地址
{
//判断RangeL是否<=RangeR
assert(RangeL <= RangeR);  //参数为表达式，表达式为真时返回true，否则打印错误信息

int *arr = new int
;
srand(time(0));
for(int i = 0; i < n ; i++)
{
arr[i] = rand() % (RangeR - RangeL + 1) + RangeL;  //使得产生的随机数在RangeL和RangeR之间
}
return arr;
}

//辅助函数 - 产生一个近乎有序的随机数组
int* generateNearlyOrderedArray(int n, int swapTime)
{
int *arr = new int
;
for(int i = 0; i < n; i++)
{
arr[i] = i;  //先生成一个完全有序的数组
}
//然后交换几组元素，使之变成无序但近乎有序的数组
srand(time(0));
for(int j = 0; j < swapTime; j++)
{
//随机生成一个x位置和y位置
int posx = rand() % n;
int posy = rand() % n;
//交换x和y处的元素
swap(arr[posx], arr[posy]);
}
return arr;
}

//辅助数组 - 产生一个完全有序数组
int* generateTotallyOrderedArray(int n)
{
int *arr = new int
;
for(int i = 0; i < n; i++)
{
arr[i] = i;
}
return arr;
}

//辅助函数 - 打印数组
template<typename T>
void printArray(T arr[], int n)
{
for(int i = 0; i < n; i++)
{
cout << arr[i] << " ";
}
cout << endl;
}

//辅助函数 - 判断数组是否有序（升序）
template<typename T>
bool isSorted(T arr[], int n)
{
for(int i = 0; i < n - 1; i++)
{
if(arr[i] > arr[i + 1])
{
return false;
}
}
return true;
}

//辅助函数 - 测试算法的时间
template<typename T>
void testSort(string sortname, void(*sort)(T[], int), T arr[], int n)  //arr[]和n是函数指针需要的参数
{
clock_t starttime = clock();
sort(arr, n);  //调用函数sort()
clock_t endtime = clock();

//判断排序是否成功
assert(isSorted(arr, n));  //若是数组无序，则assert会自动调用abort()退出程序，不会执行下面的语句

cout << sortname << " needs " << double(endtime - starttime) / CLOCKS_PER_SEC << "s." << endl;
}

//辅助函数 - 拷贝数组
int* copyIntArray(int a[], int n)
{
int *arr = new int
;
//使用C++函数copy()
copy(a, a + n, arr);
return arr;
}
}

main.cpp文件

#include <iostream>
#include "SortTesthHelper.h"
using namespace std;

//冒泡排序
template<typename T>
void BubbleSort(T arr[], int n)
{
//swaped为true说明本趟排序发生了交换，若swaped为false，说明没有发生交换，则跳出循环
bool swaped;
do{
swaped = false;
for(int i = 1; i < n; i++)
{
if(arr[i] < arr[i - 1])
{
swap(arr[i], arr[i - 1]);
swaped = true;
}
}
// 优化, 每一趟Bubble Sort都将最大的元素放在了最后的位置
// 所以下一次排序, 最后的元素可以不再考虑
n--;
}while(swaped);
}
int main()
{
//测试
int n = 100000;
int *arr =SortTestHelper::generateRandomArray(n, 0, n);
SortTestHelper::printArray(arr, n);
SortTestHelper::testSort("Bubble Sort", BubbleSort, arr, n);
delete[] arr;
return 0;
}

冒泡排序的优化：用一个newn变量记录每一轮最后一次交换的位置，下一轮比较到这个位置即可

template<typename T>
void BubbleSort(T arr[], int n)
{
int newn = 0;
do{
for(int i = 1; i < n; i++)
{
if(arr[i] < arr[i - 1])
{
swap(arr[i], arr[i - 1]);
newn = i;
}
}
n = newn;
}while(newn > 0);
}

优化后的冒泡排序算法时间性能比冒泡排序算法要好。