Как работает пузырьковая сортировка

Контекст: мы начали говорить об алгоритмах сортировки — смысл в том, что есть алгоритмы, которые помогают упорядочить разные неорганизованные данные. И данные, и алгоритмы могут быть разными, поэтому разработчики разбираются в этих алгоритмах, чтобы подобрать лучшее. 

Что разбираем: пузырьковую сортировку — самый простой способ отсортировать массив, написав всего 6 строк кода. Она самая простая, но не самая эффективная. 

Зачем это нужно: пузырьковая сортировка проще остальных, поэтому изучение всех сортировок лучше начинать именно с неё — так будет легче понять, что происходит в остальных алгоритмах. А ещё пузырьковая сортировка применяется внутри других, более эффективных алгоритмов.

Принцип работы

На каждом шаге мы находим наибольший элемент из двух соседних и ставим этот элемент в конец пары. Получается, что при каждом прогоне цикла большие элементы будут всплывать к концу массива, как пузырьки воздуха — отсюда и название.

Алгоритм выглядит так:

Пример

Возьмём массив из шести чисел и сделаем первый прогон:

После первого прогона у нас «всплыл» самый большой элемент массива (число 11) и отправился в конец. После второго прогона на предпоследнем месте будет стоять число 9 — оно «всплывёт» наверх как самое большое число из оставшихся, потому что последние элементы мы не проверяем.

Так, шаг за шагом, мы пройдём все прогоны, каждый раз отправляя ближе к концу массива самый большой на этом этапе элемент. В итоге на последнем прогоне мы сравним первый и второй элементы, найдём из них наибольший и так получим полностью отсортированный массив.

Работает это примерно так:

Эффективность работы

Этот алгоритм считается учебным и в чистом виде на практике почти не применяется. Дело в том, что среднее количество проверок и перестановок в массиве — это количество элементов в квадрате. Например, для массива из 10 элементов потребуется 100 проверок, а для массива из 100 элементов — уже в сто раз больше, 10 000 проверок. 

Получается, что если у нас в массиве будет 10 тысяч элементов (а это не слишком большой массив с точки зрения реальных ИТ-задач), то для его сортировки понадобится 100 миллионов проверок — на это уйдёт какое-то время. А что, если сортировать нужно несколько раз в секунду? 

👉 В программировании эффективность работы алгоритма в зависимости от количества элементов n обозначают так: O(n). В нашем случае эффективность работы пузырьковой сортировки равна O(n²). По сравнению с другими алгоритмами это очень большой показатель (чем он больше — тем больше времени нужно на сортировку).

Реализация в коде

Запустите этот код в консоли браузера, чтобы посмотреть на работу алгоритма целиком:

// исходный массив
var arr = [3,1,9,8,11,6]

// определяем количество прогонов
// перебирать будем всё до предпоследнего элемента, каждый раз сдвигая его ближе к началу
for (let j = arr.length - 1; j > 0; j--) {
    // основной цикл внутри каждого прогона
    // перебираем все элементы от первого до последнего в прогоне, который мы определили выше
    for (let i = 0; i < j; i++) {
      // если текущий элемент больше следующего
      if (arr[i] > arr[i + 1]) {
        // запоминаем значение текущего элемента
        let temp = arr[i];
        // записываем на его место значение следующего
        arr[i] = arr[i + 1];
        // а на место следующего ставим значение текущего, тем самым меняем их местами
        arr[i + 1] = temp;
      }
      // выводим текущее состояние массива в консоль
      // это необязательный шаг, он здесь для наглядности
      console.log(arr);
    }
  }

Что дальше

В следующей статье сделаем красивую визуализацию этого алгоритма на HTML и CSS — покажем, как числа всплывают как пузырьки наверх.