자바 코딩테스트 강좌, 버블 소트 프로그램 2

1. 문제 개요

이번 강좌에서는 자바를 이용한 버블 소트 알고리즘에 대한 이해를 높이고, 실제 코딩 테스트에서 자주 출제되는 문제를 해결하는 방법을 배워보겠습니다.
버블 소트는 가장 기본적인 정렬 알고리즘 중 하나로, 정렬된 데이터를 원할 때 필요한 알고리즘으로 매우 유용합니다.
이번 문제는 주어진 배열을 오름차순으로 정렬하는 것이 목표입니다.

2. 문제 설명

여러분은 다음과 같은 배열이 주어집니다:

        int[] array = {5, 2, 9, 1, 5, 6};

이 배열을 버블 소트 알고리즘을 사용하여 오름차순으로 정렬하는 프로그램을 작성하세요.
정렬된 결과는 다음과 같이 출력되어야 합니다:

        정렬된 배열: [1, 2, 5, 5, 6, 9]

3. 문제 해결 과정

3.1. 버블 소트 알고리즘 이해하기

버블 소트(Bubble Sort)는 리스트의 모든 원소를 여러 번 반복하여 인접한 원소들 간의 크기를 비교하는 방식으로 작동하는 정렬 알고리즘입니다.
두 원소의 순서가 잘못된 경우에는 서로 교환합니다. 이러한 과정을 반복하여 모든 원소가 정렬될 때까지 진행됩니다.

첫 번째 패스에서 가장 큰 수가 맨 뒤로 이동합니다.
그 다음 패스에서는 두 번째로 큰 수가 맨 뒤에서 두 번째 위치로 이동합니다.
이런 식으로 배열이 정렬될 때까지 계속 진행합니다.

버블 소트의 시간 복잡도는 최악의 경우 O(n^2)입니다. 그러나 간단하고 이해하기 쉬운 특징 덕분에 교육적 목적으로 많이 사용됩니다.

3.2. 버블 소트 단계별 구현

이 문제를 해결하기 위해서는 아래와 같은 단계로 진행합니다:

배열의 길이를 구합니다.
이중 루프를 사용하여 배열의 모든 원소를 비교합니다.
인접한 두 원소를 비교하여 정렬되지 않은 경우 교환합니다.
모든 원소가 정렬될 때까지 반복합니다.

3.3. Java로 코드 구현하기

이제 위의 로직을 바탕으로 실제 Java 코드를 작성해보겠습니다.
아래는 버블 소트를 사용하여 배열을 정렬하는 Java 프로그램입니다:

        
public class BubbleSort {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {5, 2, 9, 1, 5, 6};
        bubbleSort(array);
        System.out.print("정렬된 배열: [");
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            System.out.print(array[i]);
            if (i < array.length - 1) {
                System.out.print(", ");
            }
        }
        System.out.println("]");
    }

    public static void bubbleSort(int[] arr) {
        int n = arr.length;
        boolean swapped;
        for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
            swapped = false;
            for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    // Swap arr[j] and arr[j+1]
                    int temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = temp;
                    swapped = true;
                }
            }
            // If no two elements were swapped, break
            if (!swapped) {
                break;
            }
        }
    }

4. 코드 분석

코드를 분석해보겠습니다.
위 코드에서 main 메서드는 배열을 초기화한 후 bubbleSort 메서드를 호출합니다.
bubbleSort 메서드는 다음과 같이 작동합니다:

n은 배열의 길이를 저장합니다.
swapped 변수는 한 사이클에서 교환이 이루어졌는지를 추적하는 역할을 합니다.
외부 루프(for (int i = 0; i < n - 1; i++))는 전체 사이클의 수를 결정합니다.
내부 루프는 인접 원소를 비교하고, 필요시 교환합니다.
최악의 경우 O(n^2)까지 비교를 수행할 수 있습니다.
한 사이클 동안 교환이 일어나지 않으면 배열이 이미 정렬된 것이므로 더 이상의 반복을 멈춥니다. 이는 최적화된 버블 소트의 한 예입니다.

4.1. 실행 결과

프로그램을 실행하면 다음과 같은 결과가 출력됩니다:

        정렬된 배열: [1, 2, 5, 5, 6, 9]

5. 효율성 평가

버블 소트는 직관적이고 구현이 간단하지만, 시간 복잡도가 O(n^2)로 비효율적입니다.
대량의 데이터에 대해서는 다른 정렬 알고리즘(예: 퀵 소트, 병합 소트 등)이 더 효율적입니다.
그러나 알고리즘을 배우기 위한 기초로는 적절한 선택이며, 작은 데이터 세트에 대해서는 유용하게 사용할 수 있습니다.

6. 마무리

이번 강좌를 통해 버블 소트의 원리와 자바에서의 구현 방법을 배웠습니다.
알고리즘 문제에서는 정렬 문제에 대한 이해가 매우 중요합니다.
다양한 정렬 알고리즘을 학습하고, 상황에 맞는 알고리즘을 선택할 수 있는 능력을 기르기 위해서는 많은 연습이 필요합니다.
앞으로도 다양한 문제를 통해 알고리즘 실력을 꾸준히 향상시켜 나가시길 바랍니다.