昨天小灰发布的五分钟学算法漫画中存在一些勘误,所以今天重新发布一篇修订版,修正了代码当中的一些细节问题。
在上一篇五分钟学算法漫画中,小灰介绍了冒泡排序的思路和几种变化:
那么,鸡尾酒排序又是何方神圣呢?我们这一期将会详细讲述。
让我们首先来回顾一下冒泡排序的思想:
冒泡排序的每一个元素都可以像小气泡一样,根据自身大小,一点一点向着数组的一侧移动。算法的每一轮从都是从左到右比较元素,进行单向的位置交换。
那么鸡尾酒排序做了怎样的优化呢?
鸡尾酒排序的元素比较和交换过程是双向的。
让我们来举一个栗子:
有8个数组成一个无序数列:2,3,4,5,6,7,8,1,希望从小到大排序。
如果按照冒泡排序的思想,排序的过程是什么样呢?
第一轮结果(8和1交换)
第二轮结果(7和1交换)
第三轮结果(6和1交换)
第四轮结果(5和1交换)
第五轮结果(4和1交换)
第六轮结果(3和1交换)
第七轮结果(2和1交换)
鸡尾酒排序是什么样子呢?让我们来看一看详细过程:
第一轮(和冒泡排序一样,8和1交换)
第二轮
此时开始不一样了,我们反过来从右往左比较和交换:
8已经处于有序区,我们忽略掉8,让1和7比较。元素1小于7,所以1和7交换位置:
接下来1和6比较,元素1小于6,所以1和6交换位置:
接下来1和5比较,元素1小于5,所以1和5交换位置:
接下来1和4交换,1和3交换,1和2交换,最终成为了下面的结果:
第三轮(虽然已经有序,但是流程并没有结束)
鸡尾酒排序的第三轮,需要重新从左向右比较和交换:
1和2比较,位置不变;2和3比较,位置不变;3和4比较,位置不变……6和7比较,位置不变。
没有元素位置交换,证明已经有序,排序结束。
这就是鸡尾酒排序的思路。排序过程就像钟摆一样,第一轮从左到右,第二轮从右到左,第三轮再从左到右……
public class CockTailSort {
private static void sort(int array[])
{
int tmp = 0;
for(int i=0; i<array.length/2; i++)
{
//有序标记,每一轮的初始是true
boolean isSorted = true;
//奇数轮,从左向右比较和交换
for(int j=i; j<array.length-i-1; j++)
{
if(array[j] > array[j+1])
{
tmp = array[j];
array[j] = array[j+1];
array[j+1] = tmp;
//有元素交换,所以不是有序,标记变为false
isSorted = false;
}
}
if(isSorted){
break;
}
//偶数轮之前,重新标记为true
isSorted = true;
//偶数轮,从右向左比较和交换
for(int j=array.length-i-1; j>i; j--)
{
if(array[j] < array[j-1])
{
tmp = array[j];
array[j] = array[j-1];
array[j-1] = tmp;
//有元素交换,所以不是有序,标记变为false
isSorted = false;
}
}
if(isSorted){
break;
}
}
}
public static void main(String[] args){
int[] array = new int[]{2,3,4,5,6,7,8,1};
sort(array);
System.out.println(Arrays.toString(array));
}
}
这段代码是鸡尾酒排序的原始实现。代码外层的大循环控制着所有排序回合,大循环内包含两个小循环,第一个循环从左向右比较并交换元素,第二个循环从右向左比较并交换元素。
让我们来回顾一下冒牌排序针对有序区的优化思路:
原始的冒泡排序,有序区的长度和排序的轮数是相等的。比如第一轮排序过后的有序区长度是1,第二轮排序过后的有序区长度是2 ……
要想优化,我们可以在每一轮排序的最后,记录下最后一次元素交换的位置,那个位置也就是无序数列的边界,再往后就是有序区了。
对于单向的冒泡排序,我们需要设置一个边界值,对于双向的鸡尾酒排序,我们需要设置两个边界值。请看代码:
public class CockTailSort {
private static void sort(int array[])
{
int tmp = 0;
//记录右侧最后一次交换的位置
int lastRightExchangeIndex = 0;
//记录左侧最后一次交换的位置
int lastLeftExchangeIndex = 0;
//无序数列的右边界,每次比较只需要比到这里为止
int rightSortBorder = array.length - 1;
//无序数列的左边界,每次比较只需要比到这里为止
int leftSortBorder = 0;
for(int i=0; i<array.length/2; i++)
{
//有序标记,每一轮的初始是true
boolean isSorted = true;
//奇数轮,从左向右比较和交换
for(int j=leftSortBorder; j<rightSortBorder; j++)
{
if(array[j] > array[j+1])
{
tmp = array[j];
array[j] = array[j+1];
array[j+1] = tmp;
//有元素交换,所以不是有序,标记变为false
isSorted = false;
lastRightExchangeIndex = j;
}
}
rightSortBorder = lastRightExchangeIndex;
if(isSorted){
break;
}
//偶数轮之前,重新标记为true
isSorted = true;
//偶数轮,从右向左比较和交换
for(int j=rightSortBorder; j>leftSortBorder; j--)
{
if(array[j] < array[j-1])
{
tmp = array[j];
array[j] = array[j-1];
array[j-1] = tmp;
//有元素交换,所以不是有序,标记变为false
isSorted = false;
lastLeftExchangeIndex = j;
}
}
leftSortBorder = lastLeftExchangeIndex;
if(isSorted){
break;
}
}
}
public static void main(String[] args){
int[] array = new int[]{2,3,4,5,6,7,8,1};
sort(array);
System.out.println(Arrays.toString(array));
}
}
代码中使用了左右两个边界值,rightSortBorder 代表右边界,leftSortBorder代表左边界。
在比较和交换元素时,奇数轮从 leftSortBorder 遍历到 rightSortBorder 位置,偶数轮从 rightSortBorder 遍历到 leftSortBorder 位置。
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原文始发于微信公众号(程序员小灰):五分钟学算法漫画:什么是鸡尾酒排序?(修订版)