거품 정렬(Bubble Sort)

---

Goal

---

• Bubble Sort에 대해 설명할 수 있다.
• Bubble Sort 과정에 대해 설명할 수 있다.
• Bubble Sort을 구현할 수 있다.
• Bubble Sort의 시간복잡도와 공간복잡도를 계산할 수 있다.

Abstract

---

Bubble Sort는 Selection Sort와 유사한 알고리즘으로 서로 인접한 두 원소의 대소를 비교하고, 조건에 맞지 않다면 자리를 교환하며 정렬하는 알고리즘 이다.

이름의 유래로는 정렬 과정에서 원소의 이동이 거품이 수면으로 올라오는 듯한 모습을 보이기 때문에 지어졌다고 한다.

Process (Ascending)

---

1. 1회전에 첫 번째 원소와 두 번째 원소를, 두 번째 원소와 세 번째 원소를, 세 번째 원소와 네 번째 원소를, … 이런 식으로 (마지막-1)번째 원소와 마지막 원소를 비교하여 조건에 맞지 않는다면 서로 교환한다.
2. 1회전을 수행하고 나면 가장 큰 원소가 맨 뒤로 이동하므로 2회전에서는 맨 끝에 있는 원소는 정렬에서 제외되고, 2회전을 수행하고 나면 끝에서 두 번째 원소까지는 정렬에서 제외된다. 이렇게 정렬을 1회전 수행할 때마다 정렬에서 제외되는 데이터가 하나씩 늘어난다.

Java Code (Ascending)

---

void bubbleSort(int[] arr) {
    int temp = 0;
	for(int i = 0; i < arr.length; i++) {       // 1.
		for(int j= 1 ; j < arr.length-i; j++) { // 2.
			if(arr[j-1] > arr[j]) {             // 3.
                // swap(arr[j-1], arr[j])
				temp = arr[j-1];
				arr[j-1] = arr[j];
				arr[j] = temp;
			}
		}
	}
	System.out.println(Arrays.toString(arr));
}

1. 제외될 원소의 갯수를 의미한다. 1회전이 끝난 후, 배열의 마지막 위치에는 가장 큰 원소가 위치하기 때문에 하나씩 증가시켜준다.

2. 원소를 비교할 index를 뽑을 반복문이다. j는 현재 원소를 가리키고, j-1은 이전 원소를 가리키게 되므로, j는 1부터 시작하게 된다.

3. 현재 가르키고 있는 두 원소의 대소를 비교한다. 해당 코드는 오름차순 정렬이므로 현재 원소보다 이전 원소가 더 크다면 이전 원소가 뒤로 가야하므로 서로 자리를 교환해준다.

GIF로 이해하는 Bubble Sort

---

(opens new window)

시간복잡도

---

시간복잡도를 계산하면, (n-1) + (n-2) + (n-3) + .... + 2 + 1 => n(n-1)/2이므로, O(n^2) 이다. 또한, Bubble Sort는 정렬이 돼있던 안돼있던, 2개의 원소를 비교하기 때문에 최선, 평균, 최악의 경우 모두 시간복잡도가 O(n^2) 으로 동일하다. (개선된 Bubble Sort가 존재하긴 하나, 기초를 다지기 위한 학습이므로 넘어가겠음)

공간복잡도

---

주어진 배열 안에서 교환(swap)을 통해, 정렬이 수행되므로 O(n) 이다.

장점

---

• 구현이 매우 간단하고, 소스코드가 직관적이다.

• 정렬하고자 하는 배열 안에서 교환하는 방식이므로, 다른 메모리 공간을 필요로 하지 않다. => 제자리 정렬(in-place sorting)

• 안정 정렬(Stable Sort) 이다.

단점

---

• 시간복잡도가 최악, 최선, 평균 모두 O(n^2)으로, 굉장히 비효율적이다.

• 정렬 돼있지 않은 원소가 정렬 됐을때의 자리로 가기 위해서, 교환 연산(swap)이 많이 일어나게 된다.

Conclusion

---

정렬 알고리즘 중에 가장 직관적인 Bubble Sort에 대해 알아봤다. 기술 면접에서도 종종 나오는 정렬 알고리즘으로 알아두면 좋다.

[참고 자료]

• 링크 (opens new window)