버블 정렬(Bubble Sort): 기초적인 정렬 알고리즘
🔹 버블 정렬이란?
1. 버블 정렬(Bubble Sort)의 정의
버블 정렬(Bubble Sort)은 인접한 두 요소를 비교하여 정렬하는 가장 기초적인 정렬 알고리즘입니다. 이 알고리즘은 배열을 여러 번 반복하면서 이웃한 요소를 비교하고 필요에 따라 교환하여 정렬을 수행합니다.
✅ 버블 정렬의 주요 특징:
- 단순하고 직관적인 알고리즘
- 시간 복잡도 O(n²)으로, 데이터 크기가 클수록 비효율적
- 제자리 정렬(In-Place Sort)로, 추가적인 메모리를 거의 사용하지 않음
- 안정 정렬(Stable Sort), 즉 동일한 값의 순서를 유지
📌 버블 정렬은 교육적인 목적으로 주로 사용되며, 실제 대규모 데이터 정렬에는 비효율적입니다.
🔹 버블 정렬의 동작 과정
- 배열의 첫 번째 요소와 두 번째 요소를 비교하여 더 큰 값을 뒤로 이동
- 두 번째 요소와 세 번째 요소를 비교하여 정렬
- 마지막 요소까지 비교 후 가장 큰 요소가 배열의 끝으로 이동
- 위 과정을 배열이 완전히 정렬될 때까지 반복
✔️ 버블 정렬 예제 (Python):
def bubble_sort(arr):
n = len(arr)
for i in range(n - 1):
swapped = False
for j in range(n - 1 - i):
if arr[j] > arr[j + 1]:
arr[j], arr[j + 1] = arr[j + 1], arr[j]
swapped = True
if not swapped:
break # 이미 정렬된 경우 루프 종료
return arr
arr = [64, 34, 25, 12, 22, 11, 90]
print(bubble_sort(arr))📌 최적화된 버블 정렬은 이미 정렬된 배열에서 불필요한 반복을 줄여 효율성을 향상할 수 있습니다.
🔹 버블 정렬의 시간 복잡도 분석
| 케이스 | 시간 복잡도 |
|---|---|
| 최악의 경우 (O(n²)) | 역순으로 정렬된 경우, 모든 요소를 비교하고 교환해야 함 |
| 평균적인 경우 (O(n²)) | 랜덤한 순서로 정렬된 경우 |
| 최선의 경우 (O(n)) | 이미 정렬된 경우 (스왑이 발생하지 않아 루프 종료 가능) |
📌 버블 정렬은 데이터 크기가 작거나 이미 정렬된 경우에만 적절한 성능을 보이며, 일반적으로 비효율적입니다.
🔹 버블 정렬의 시각적 표현
다음은 버블 정렬이 진행되는 과정을 단계별로 나타낸 예제입니다.
✔️ 입력 배열: [5, 3, 8, 4, 2]
첫 번째 반복:
(5,3) → [3,5,8,4,2](5,8) → [3,5,8,4,2](변화 없음)(8,4) → [3,5,4,8,2](8,2) → [3,5,4,2,8](가장 큰 값 8이 끝으로 이동)
두 번째 반복:
(3,5) → [3,5,4,2,8](변화 없음)(5,4) → [3,4,5,2,8](5,2) → [3,4,2,5,8]
세 번째 반복:
(3,4) → [3,4,2,5,8](변화 없음)(4,2) → [3,2,4,5,8]
네 번째 반복:
(3,2) → [2,3,4,5,8]
📌 최종 정렬된 배열: [2, 3, 4, 5, 8]
🔹 버블 정렬의 장점과 단점
✅ 장점:
- 구현이 매우 간단하고 직관적임
- 추가적인 메모리를 거의 사용하지 않는 제자리 정렬(In-Place Sort)
- 안정 정렬(Stable Sort)로 동일한 값의 순서를 유지함
❌ 단점:
- 평균 및 최악의 경우 시간 복잡도가 O(n²)으로 매우 비효율적
- 데이터 개수가 많아질수록 성능이 크게 저하됨
- 다른 정렬 알고리즘(퀵 정렬, 병합 정렬)에 비해 비효율적임
📌 실제 응용보다는 알고리즘 교육 및 개념 이해에 적합합니다.
🔹 버블 정렬 vs 다른 정렬 알고리즘 비교
| 정렬 알고리즘 | 최악 시간 복잡도 | 평균 시간 복잡도 | 공간 복잡도 | 안정 정렬 |
|---|---|---|---|---|
| 버블 정렬 | O(n²) | O(n²) | O(1) | O |
| 선택 정렬 | O(n²) | O(n²) | O(1) | X |
| 삽입 정렬 | O(n²) | O(n²) | O(1) | O |
| 병합 정렬 | O(n log n) | O(n log n) | O(n) | O |
| 퀵 정렬 | O(n²) | O(n log n) | O(log n) | X |
📌 버블 정렬은 다른 정렬 알고리즘에 비해 성능이 좋지 않지만, 개념 이해를 위한 교육 목적으로 유용합니다.
📌 결론
✅ 버블 정렬(Bubble Sort)은 가장 기초적인 정렬 알고리즘으로, 인접한 요소를 비교하여 정렬을 수행합니다.
✅ O(n²)의 시간 복잡도를 가지며, 크기가 큰 데이터셋에서는 비효율적입니다.
✅ 이미 정렬된 배열에서는 O(n)의 성능을 보이며, 추가적인 메모리 사용이 거의 없습니다.
✅ 다른 정렬 알고리즘(퀵 정렬, 병합 정렬)과 비교했을 때 성능이 떨어지므로, 실무보다는 교육용으로 사용됩니다.