C/C++每日一练：实现冒泡排序

题目要求

        编写一个程序，实现冒泡排序算法。给定一个由 n 个整数组成的数组，要求通过冒泡排序对数组从小到大进行排序。

        输入：一个整数数组，长度为 n，数组中的元素可能是正数或负数。

        输出：按照升序排序后的数组。

做题思路

        冒泡排序是一种简单直观的排序算法。其基本思想是通过多次遍历数组，逐步将未排序部分中的最大或最小元素“冒泡”到数组的一端，直到整个数组有序。

        冒泡排序的步骤如下：

1. 从数组的第一个元素开始，依次比较相邻的两个元素。如果前面的元素比后面的元素大，就交换这两个元素，确保较大的元素往右边移动。
2. 每次遍历后，最大的元素被移动到未排序部分的最后一个位置。
3. 重复上述过程 n-1 次（n 是数组的长度），每次遍历都将下一个最大元素移动到对应位置。

        关键点：

• 冒泡排序的时间复杂度为 O(n²)，对于小规模数据比较适用，但不适合大数据集。
• 冒泡排序是稳定的排序算法，意味着相同值的元素不会改变相对顺序。

过程解析

1. 初始化数组：首先定义一个待排序的整数数组，可以是用户输入或者预定义的。
2. 循环遍历：外层循环控制遍历的次数，总共需要 n-1 轮；内层循环比较相邻的元素，如果前者大于后者，则进行交换。
3. 优化点：如果某一轮遍历中没有发生交换，说明数组已经有序，可以提前退出循环。
4. 输出结果：排序完成后，输出排好序的数组。

运用到的知识点

• 循环结构：使用双重 for 循环。
• 数组的操作：数组的遍历和相邻元素的交换。
• 条件判断：通过 if 语句判断是否需要交换元素。
• 优化技巧：利用一个标志变量（flag）来减少不必要的循环次数，用于优化算法，如果在某一轮排序中没有发生交换，则说明数组现在已经有序，无需再进行循环。

示例代码

C 实现

#include <stdio.h>  // 引入标准输入输出库，用于输入输出操作  
  
// 冒泡排序函数  
void bubbleSort(int arr[], int n) {  // 定义冒泡排序函数，接收一个整数数组和数组长度作为参数  
    int i, j;  // 定义两个循环变量i和j  
    int temp;  // 定义一个临时变量，用于交换两个元素  
    int swapped;  // 用来标记是否发生了交换，用于优化算法，如果在某一轮排序中没有发生交换，则数组已经有序，无需再进行循环
  
    // 外层循环：控制总共需要进行 n-1 轮排序  
    for (i = 0; i < n - 1; i++) {  // 从0开始，到n-2结束，总共进行n-1轮排序  
        swapped = 0;  // 每次循环开始时重置swapped为0，表示这一轮开始时没有发生交换  
  
        // 内层循环：逐步将最大元素“冒泡”到数组末尾  
        for (j = 0; j < n - i - 1; j++) {  // 内层循环次数随着外层循环的进行而减少，因为最大的元素已经被冒泡到末尾  
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {  // 如果当前元素大于下一个元素，则进行交换  
                // 交换相邻元素  
                temp = arr[j];  // 将当前元素暂存到temp  
                arr[j] = arr[j + 1];  // 将下一个元素赋给当前元素  
                arr[j + 1] = temp;  // 将temp（原来的当前元素）赋给下一个元素  
                swapped = 1;  // 发生了交换，将swapped设置为1  
            }  
        }  
  
        // 如果没有发生交换，说明数组已经有序，可以提前退出  
        if (!swapped) {  // 如果swapped为0，表示这一轮排序中没有发生交换  
            break;  // 提前退出外层循环，因为数组已经有序  
        }  
    }  
}  
  
// 打印数组函数  
void printArray(int arr[], int n) {  // 定义打印数组函数，接收一个整数数组和数组长度作为参数  
    for (int i = 0; i < n; i++) {  // 循环遍历数组  
        printf("%d ", arr[i]);  // 打印每个元素  
    }  
    printf("\n");  // 打印换行符，使输出更加美观  
}  
  
// 主函数  
int main() 
{  
    // 示例数组  
    int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};  // 定义一个整数数组并初始化  
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);  // 计算数组长度，即数组元素个数  
  
    printf("排序前的数组：\n");  // 打印排序前的数组  
    printArray(arr, n);  // 调用printArray函数打印数组  
  
    // 调用冒泡排序函数  
    bubbleSort(arr, n);  // 调用bubbleSort函数对数组进行排序  
  
    printf("排序后的数组：\n");  // 打印排序后的数组  
    printArray(arr, n);  // 调用printArray函数打印数组  
  
    return 0;  // 程序正常结束，返回0  
}

C ++实现

#include <iostream>  // 引入输入输出流库，用于输入输出操作  
using namespace std;  // 使用标准命名空间，避免每次调用标准库时都要加std::前缀  

// 冒泡排序函数  
void bubbleSort(int arr[], int n) {  // 定义冒泡排序函数，接收一个整数数组和数组长度作为参数  
    int temp;  // 定义一个临时变量，用于交换两个元素  
    bool swapped;  // 定义一个布尔变量，用来标记是否发生了交换  

    // 外层循环：控制总共需要进行 n-1 轮排序  
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {  // 从0开始，到n-2结束，总共进行n-1轮排序  
        swapped = false;  // 每次循环开始时重置swapped为false，表示这一轮开始时没有发生交换  

        // 内层循环：逐步将最大元素“冒泡”到数组末尾  
        for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {  // 内层循环次数随着外层循环的进行而减少，因为最大的元素已经被冒泡到末尾  
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {  // 如果当前元素大于下一个元素，则进行交换  
                // 交换相邻元素  
                temp = arr[j];  // 将当前元素暂存到temp  
                arr[j] = arr[j + 1];  // 将下一个元素赋给当前元素  
                arr[j + 1] = temp;  // 将temp（原来的当前元素）赋给下一个元素  
                swapped = true;  // 发生了交换，将swapped设置为true  
            }
        }

        // 如果没有发生交换，说明数组已经有序，可以提前退出  
        if (!swapped) {  // 如果swapped为false，表示这一轮排序中没有发生交换  
            break;  // 提前退出外层循环，因为数组已经有序  
        }
    }
}

// 打印数组函数  
void printArray(int arr[], int n) {  // 定义打印数组函数，接收一个整数数组和数组长度作为参数  
    for (int i = 0; i < n; i++) {  // 循环遍历数组  
        cout << arr[i] << " ";  // 打印每个元素，元素之间用空格分隔  
    }
    cout << endl;  // 打印换行符，使输出更加美观  
}

// 主函数  
int main() 
{
    // 示例数组  
    int arr[] = { 64, 34, 25, 12, 22, 11, 90 };  // 定义一个整数数组并初始化  
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);  // 计算数组长度，即数组元素个数  

    cout << "排序前的数组：" << endl;  // 打印提示信息，表示接下来将打印排序前的数组  
    printArray(arr, n);  // 调用printArray函数打印数组  

    // 调用冒泡排序函数  
    bubbleSort(arr, n);  // 调用bubbleSort函数对数组进行排序  

    cout << "排序后的数组：" << endl;  // 打印提示信息，表示接下来将打印排序后的数组  
    printArray(arr, n);  // 调用printArray函数打印数组  

    return 0;  // 程序正常结束，返回0  
}