冒泡排序入門指南：原理、實現與代碼示例

什麼是冒泡排序？

冒泡排序是排序算法中最基礎、最容易理解的入門級算法之一。因其邏輯簡單直觀，常被用作計算機科學課程中排序算法的首個教學案例。名稱來源於排序過程中，較大的元素如同水泡般從序列底部逐步「冒升」到頂部的特性。

算法核心邏輯

冒泡排序通過重複遍歷待排序序列，比較相鄰元素並在順序錯誤時交換位置。每一輪遍歷都會將當前未排序部分的最大元素移動到正確位置。以序列 {10, 2, 11, 8, 7} 為例：

• 第一輪：比較 10 和 2 → 交換；比較 10 和 11 → 不變；比較 11 和 8 → 交換；比較 11 和 7 → 交換。最大值 11 移至末尾。
• 後續輪次同理，範圍逐步縮小，直到序列有序。

Java 實現

package com.algorithm.sort.bubble;

import java.util.Arrays;

public class Bubble {
    public static void main(String[] args) {
        int[] nums = {10, 2, 11, 8, 7};
        nums = bubbleSort(nums);
        System.out.println(Arrays.toString(nums));
    }

    private static int[] bubbleSort(int[] nums) {
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            for (int j = 0; j < nums.length - i - 1; j++) {
                if (nums[j] > nums[j + 1]) {
                    int temp = nums[j];
                    nums[j] = nums[j + 1];
                    nums[j + 1] = temp;
                }
            }
        }
        return nums;
    }
}

Python 3 實現

def bubble_sort(nums):
    for i in range(len(nums)):
        for j in range(len(nums) - i - 1):
            if nums[j] > nums[j + 1]:
                temp = nums[j]
                nums[j] = nums[j + 1]
                nums[j + 1] = temp
    return nums

nums = [10, 2, 11, 8, 7]
nums = bubble_sort(nums)
print(nums)

複雜度分析與優化提示

• 時間複雜度：最壞/平均 O(n²)，最佳 O(n)（已有序時可提前終止）
• 空間複雜度：O(1)，原地排序
• 穩定性：穩定排序（相等元素相對位置不變）
• 實際工程中較少直接使用，但理解其思想有助於掌握更高級算法（如快速排序的分區邏輯）