Bài 47. Thuật toán sắp xếp nổi bọt

Chào mừng các bạn quay trở lại với blog của Nguyễn Văn Hiếu. Đây là một bài viết trong series các thuật toán sắp xếp có minh họa code sử dụng ngôn ngữ lập trình C++. Ở bài viết này Nguyễn Văn Hiếu xin giới thiệu tới các bạn thuật toán sắp xếp nổi bọt. Nội dung bài viết bao gồm các phần sau:

• Ý tưởng của thuật toán
• Ví dụ minh họa
• Minh họa thuật toán sử dụng ngôn ngữ C++
• Đánh giá thuật toán

Lưu ý: Bài viết chỉ mô tả cho việc sắp xếp dãy số tăng dần theo thuật toán sắp xếp nổi bọt. Việc sắp xếp dãy số giảm dần sẽ tương tự và bạn đọc tự tìm hiểu

Bài viết liên quan:

• Sắp xếp dãy số theo thứ tự giảm dần, tăng dần trong C/C++
• Cây tìm kiếm nhị phân – Binary search tree
• Danh sách liên kết đơn – Single linked list

Ý tưởng của sắp xếp nổi bọt

Thuật toán sắp xếp nổi bọt thực hiện sắp xếp dãy số bằng cách lặp lại công việc đổi chỗ 2 số liên tiếp nhau nếu chúng đứng sai thứ tự(số sau bé hơn số trước với trường hợp sắp xếp tăng dần) cho đến khi dãy số được sắp xếp.

Ví dụ minh họa

Giả sử chúng ta cần sắp xếp dãy số [5 1 4 2 8] này tăng dần.
Lần lặp đầu tiên:
( 5 1 4 2 8 ) –> ( 1 5 4 2 8 ), Ở đây, thuật toán sẽ so sánh hai phần tử đầu tiên, và đổi chỗ cho nhau do 5 > 1.
( 1 5 4 2 8 ) –>  ( 1 4 5 2 8 ), Đổi chỗ do 5 > 4
( 1 4 5 2 8 ) –>  ( 1 4 2 5 8 ), Đổi chỗ do 5 > 2
( 1 4 2 5 8 ) –> ( 1 4 2 5 8 ), Ở đây, hai phần tử đang xét đã đúng thứ tự (8 > 5), vậy ta không cần đổi chỗ.

Lần lặp thứ 2:
( 1 4 2 5 8 ) –> ( 1 4 2 5 8 )
( 1 4 2 5 8 ) –> ( 1 2 4 5 8 ), Đổi chỗ do 4 > 2
( 1 2 4 5 8 ) –> ( 1 2 4 5 8 )
( 1 2 4 5 8 ) –>  ( 1 2 4 5 8 )
Bây giờ, dãy số đã được sắp xếp, Nhưng thuật toán của chúng ta không nhận ra điều đó ngay được. Thuật toán sẽ cần thêm một lần lặp nữa để kết luận dãy đã sắp xếp khi và khi khi nó đi từ đầu tới cuối mà không có bất kỳ lần đổi chỗ nào được thực hiện.

Lần lặp thứ 3:
( 1 2 4 5 8 ) –> ( 1 2 4 5 8 )
( 1 2 4 5 8 ) –> ( 1 2 4 5 8 )
( 1 2 4 5 8 ) –> ( 1 2 4 5 8 )
( 1 2 4 5 8 ) –> ( 1 2 4 5 8 )

Code sắp xếp nổi bọt trong C/C++

// Code from https://nguyenvanhieu.vn

#include <stdio.h>

void swap(int &x, int &y)
{
    int temp = x;
    x = y;
    y = temp;
}

// Hàm sắp xếp bubble sort
void bubbleSort(int arr[], int n)
{
    int i, j;
    bool haveSwap = false;
    for (i = 0; i < n-1; i++){
    // i phần tử cuối cùng đã được sắp xếp
        haveSwap = false;
        for (j = 0; j < n-i-1; j++){
            if (arr[j] > arr[j+1]){
                swap(arr[j], arr[j+1]);
                haveSwap = true; // Kiểm tra lần lặp này có swap không
            }
        }
        // Nếu không có swap nào được thực hiện => mảng đã sắp xếp. Không cần lặp thêm
        if(haveSwap == false){
            break;
        }
    }
}

/* Hàm xuất mảng */
void printArray(int arr[], int size)
{
    int i;
    for (i=0; i < size; i++)
        printf("%d ", arr[i]);
    printf("n");
}

// Driver program to test above functions
int main()
{
    int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
    int n = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
    bubbleSort(arr, n);
    printf("Sorted array: n");
    printArray(arr, n);
    return 0;
}

Ở đây, trong hàm bubbleSort tôi sử dụng thêm một biến haveSwap để kiểm tra tại lần lặp hiện hành có xảy ra việc đổi chỗ hai số không. Nếu không, ta có thể kết luận mảng đã sắp xếp mà không cần phải thêm một lần lặp nữa.

Kiểm tra kết quả:

Sorted array:
11 12 22 25 34 64 90

Đánh giá thuật toán sắp xếp nổi bọt

Độ  phức tạp thuật toán

• Trường hợp tốt: O(n)
• Trung bình: O(n^2)
• Trường hợp xấu: O(n^2)

Không gian bộ nhớ sử dụng: O(1)

Nếu bạn đang cần học một ngôn ngữ lập trình, hay tìm tới các khóa học hay mà tôi chia sẻ ở mục khóa học nhé. Bạn hãy để lại các thắc mắc, ý kiến đóng góp nếu có xuống mục bình luận ở cuối bài viết nhé.