자바 코딩테스트 강좌, 버블 정렬

안녕하세요! 이번 블로그 포스트에서는 자바를 활용한 코딩 테스트 준비 과정과 그 중에서도 중요한 정렬 알고리즘 중 하나인 버블 정렬(Bubble Sort)에 대해 심층적으로 다뤄보겠습니다. 버블 정렬은 그 구현이 간단하여 알고리즘의 기초 개념을 이해하는 데 유용하지만, 실제 코딩 테스트에서는 성능 면에서 다른 알고리즘에 비해 부족한 점이 많으므로 이러한 점도 함께 논의하겠습니다.

버블 정렬이란?

버블 정렬은 두 개의 인접한 요소를 비교하여 정렬하는 간단한 정렬 알고리즘입니다. 가장 큰(또는 가장 작은) 요소가 배열의 끝으로 “떠오른다”는 점 때문에 이름이 붙여졌습니다. 이 과정을 반복하여 최종적으로 배열을 정렬합니다.

버블 정렬의 동작 과정

버블 정렬의 기본 원리는 매우 직관적입니다. 다음은 그 동작 과정을 설명한 것입니다:

  1. 리스트의 처음부터 끝까지 인접한 두 요소를 비교합니다.
  2. 첫 번째 요소가 두 번째 요소보다 크면, 두 요소의 위치를 교환합니다.
  3. 이 과정을 리스트의 끝까지 반복하여 가장 큰 요소를 리스트의 마지막으로 이동시킵니다.
  4. 리스트에서 마지막 요소는 정렬이 완료된 상태이므로 다시 비교할 필요가 없습니다. 남은 요소들에 대해서도 동일한 과정을 반복합니다.
  5. 이러한 과정을 리스트의 길이만큼 진행하면 모든 요소가 정렬됩니다.

버블 정렬의 시간 복잡도

버블 정렬의 최악의 경우와 평균적인 경우의 시간 복잡도는 O(n^2)입니다. 이는 리스트의 모든 요소를 비교해야 하기 때문입니다. 하지만 정렬이 이미 되어 있는 리스트를 비교하게 된다면, 이미 정렬된 경우 O(n)의 시간 복잡도를 가질 수 있습니다. 따라서 최선의 경우에서만 이 특성을 활용하며, 실제로는 대부분 혼합된 데이터셋이 제공되기 때문에 O(n^2)로 고려하는 것이 일반적입니다.

버블 정렬의 구현

자바로 구현하기

버블 정렬은 자바로 간단히 구현할 수 있습니다. 아래는 해당 알고리즘을 구현한 자바 코드입니다:


public class BubbleSort {
    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 - 1 - i; 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 in the inner loop, then break
            if (!swapped) {
                break;
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
        bubbleSort(arr);
        System.out.println("Sorted array:");
        for (int num : arr) {
            System.out.print(num + " ");
        }
    }
}

코드 설명

위의 코드는 버블 정렬 알고리즘을 구현한 것으로, 다음과 같은 주요 부분으로 나뉘어 있습니다:

  • 배열 길이 획득: 첫 번째 줄에서 배열의 길이를 구하고 변수를 초기화합니다.
  • 이중 루프: 두 개의 for 문을 이용하여 비교를 위한 각 요소에 접근합니다. 외부 루프는 배열의 모든 요소를 순회하고, 내부 루프는 인접한 요소를 비교합니다.
  • 스왑 로직: 만약 왼쪽 요소가 오른쪽 요소보다 크다면 두 요소의 위치를 교환합니다. 이를 통해 더 큰 수가 오른쪽으로 이동합니다.
  • 조기 종료 최적화: 교환이 발생하지 않으면 더 이상 비교할 필요가 없으므로 루프를 종료합니다.
  • 메인 메소드: 배열을 정의하고 정렬 메소드를 호출 후 결과를 출력합니다.

버블 정렬의 장단점

장점

  • 구현이 간단하고 직관적이다.
  • 추가적인 메모리를 요구하지 않으며, 제자리에서 정렬이 이루어진다.

단점

  • 효율성이 떨어진다. 대규모 데이터에서의 성능 저하가 심각하다.
  • 학습 용도로는 좋지만 실제 프로덕션 환경에서는 잘 사용되지 않는다.

코딩 테스트에서의 버블 정렬 활용

코딩 테스트를 준비하면서 임의로 제공되는 데이터셋에서 버블 정렬을 사용해야 하는 경우는 드물지만, 테스트의 기초 개념을 이해하고 이를 변형하여 사용하는 연습은 매우 중요합니다. 예를 들어, 버블 정렬을 변형한 다른 정렬 알고리즘을 구현하는 문제나, 정렬을 활용한 데이터 구조와 연결된 문제에서 중요한 기초 문제로서 다뤄질 수 있습니다.

실습 문제

문제:

정수 배열이 주어지면, 버블 정렬을 이용하여 오름차순으로 정렬하시오. 정렬 후 결과 배열을 출력하시오.

제한 사항:

  • 배열의 길이는 1 이상 1000 이하이다.
  • 배열의 각 요소는 -10,000 이상 10,000 이하이다.

입력 예시:


[64, 34, 25, 12, 22, 11, 90]

출력 예시:


[11, 12, 22, 25, 34, 64, 90]

마치며

이번 글에서는 버블 정렬을 통해 정렬 알고리즘의 기초 개념을 살펴보았습니다. 버블 정렬은 그 자체로는 효율적이지 않지만, 교육적인 측면에서 중요한 역할을 하며 자바 프로그래밍을 배우는 데 유용합니다. 다양한 정렬 알고리즘을 익히고, 각 알고리즘의 장단점을 이해한 후 코딩 테스트에 임하는 것이 중요합니다. 꾸준한 연습과 학습을 통해 실력을 쌓아가세요!

작성자: 조광형

작성일: [날짜]