JS 學資料結構與演算法 (排序篇) — 氣泡排序法 Bubble Sort

氣泡排序法 Bubble Sort 示意圖

氣泡排序法 Bubble Sort

其實氣泡排序法算是最容易理解的排序法，也常作為初學者入門學習的演算法，相信經過前兩篇較為複雜的快速排序法、合併排序法後，可以快速理解氣泡排序法的內容與實作方法。

氣泡排序法定義

氣泡排序法的過程會從陣列最左邊開始將元素兩兩比較，每一輪都會把最大的數值移動到陣列末端，這個行為就好像氣泡不斷從底部冒出一樣，因此被稱作氣泡排序法。

氣泡排序法的實作步驟如下：

1. 比較相鄰的兩個元素，若前面的元素較大就進行交換。
2. 重複進行1的動作直到最後面，最後一個元素將會是最大值。
3. 重複進行1,2的動作，每次比較到上一輪的最後一個元素。
4. 重複進行以上動作直到沒有元素需要比較。

把文章一開始示意圖的第一部份拆過來看，一開始把陣列的第一個元素跟第二個元素比較，如果前面的元素比後者大，就將兩元素交換，如果前者元素比後者小，就不做調整。這邊因為 5 比 1 大，因此將兩元素交換，接著看第二個元素跟第三個元素，依此類推，最後會將陣列中最大的元素放到陣列最後頭，接著重複以上步驟，直到所有元素都經過排列，排序才結束。

時間複雜度

因為實作會使用到雙重迴圈，因此平均時間複雜度為 O(n²)

平均： O(n^2)

空間複雜度

因為沒有額外建立其他資料結構，因此空間複雜度為：

O(1)

程式碼範例

function bubbleSort(array) {
    const length = array.length;
    for (let i = 0; i < length; i++) {
        for (let j = 0; j < length; j++) {
            if(array[j] > array[j+1]) {
                let temp = array[j]
                array[j] = array[j+1];
                array[j+1] = temp;
            }
        }
    }
}

這邊使用了雙層的迴圈，內層迴圈實作了文章上面提到的步驟 1、步驟 2，外層迴圈則實作步驟3 ，確保所有元素都能經過排序。

結語

因為學會快速排序法與合併排序法後，氣泡排序法其實相較起來簡單許多，因此本篇文章主要目的為記住氣泡排序法的定義，並沒有花太多時間在講解程式範例。

不過透過這篇文章，我們可以了解演算法沒有所謂絕對的優劣好壞，即使氣泡排序法時間複雜度為 O(n²)，較合併排序法與快速排序法都沒有效率，但它的空間複雜度 O(1) 卻比合併排序法的 O(n)、快速排序法的 O(log(n)) 更有效率，因此演算法的使用主要還是依照使用時機與情況來做取捨，也許這個狀況適合使用時間複雜度低的演算法 A，另一個狀況卻適合使用較不佔記憶體空間的演算法 B 喔！

下回預告

下篇一次講解 選擇排序 (Selection Sort) 與插入排序 (Insertion Sort) 兩個同樣屬於較為簡單的排序法，並把排序的主題做個完結，準備進到下個主題囉！