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快速排序

 
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快速排序由于排序效率在同为O(N*logN)的几种排序方法中效率较高,因此经常被采用,再加上快速排序思想----分治法也确实实用,因此很多软件公司的笔试面试,包括像腾讯,微软等知名IT公司都喜欢考这个,还有大大小的程序方面的考试如软考,考研中也常常出现快速排序的身影。

总的说来,要直接默写出快速排序还是有一定难度的,因为本人就自己的理解对快速排序作了下白话解释,希望对大家理解有帮助,达到快速排序,快速搞定。

 

快速排序是C.R.A.Hoare于1962年提出的一种划分交换排序。它采用了一种分治的策略,通常称其为分治法(Divide-and-ConquerMethod)。

该方法的基本思想是:

1.先从数列中取出一个数作为基准数。

2.分区过程,将比这个数大的数全放到它的右边,小于或等于它的数全放到它的左边。

3.再对左右区间重复第二步,直到各区间只有一个数。

 

虽然快速排序称为分治法,但分治法这三个字显然无法很好的概括快速排序的全部步骤。因此我的对快速排序作了进一步的说明:挖坑填数+分治法

先来看实例吧,定义下面再给出(最好能用自己的话来总结定义,这样对实现代码会有帮助)。

 

以一个数组作为示例,取区间第一个数为基准数。

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

72

6

57

88

60

42

83

73

48

85

初始时,i = 0;  j = 9;   X = a[i] = 72

由于已经将a[0]中的数保存到X中,可以理解成在数组a[0]上挖了个坑,可以将其它数据填充到这来。

从j开始向前找一个比X小或等于X的数。当j=8,符合条件,将a[8]挖出再填到上一个坑a[0]中。a[0]=a[8]; i++;  这样一个坑a[0]就被搞定了,但又形成了一个新坑a[8],这怎么办了?简单,再找数字来填a[8]这个坑。这次从i开始向后找一个大于X的数,当i=3,符合条件,将a[3]挖出再填到上一个坑中a[8]=a[3]; j--;

 

数组变为:

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

48

6

57

88

60

42

83

73

88

85

 i = 3;   j = 7;   X=72

再重复上面的步骤,先从后向前找,再从前向后找

从j开始向前找,当j=5,符合条件,将a[5]挖出填到上一个坑中,a[3] = a[5]; i++;

从i开始向后找,当i=5时,由于i==j退出。

此时,i = j = 5,而a[5]刚好又是上次挖的坑,因此将X填入a[5]。

数组变为:

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

48

6

57

42

60

72

83

73

88

85

可以看出a[5]前面的数字都小于它,a[5]后面的数字都大于它。因此再对a[0…4]和a[6…9]这二个子区间重复上述步骤就可以了。

对挖坑填数进行总结

1.i =L; j = R; 将基准数挖出形成第一个坑a[i]。

2.j--由后向前找比它小的数,找到后挖出此数填前一个坑a[i]中。

3.i++由前向后找比它大的数,找到后也挖出此数填到前一个坑a[j]中。

4.再重复执行2,3二步,直到i==j,将基准数填入a[i]中。

 

下面是代码:

 

Java代码  收藏代码
  1. package quickSort;  
  2.   
  3. import java.util.Arrays;  
  4.   
  5. /** 
  6.  *  
  7.  * @author Loulijun 
  8.  * 快速排序的思想:分区法+挖坑填数法。 
  9.  * 1、先从数列中取出一个数作为枢纽关键字,一般用第一个元素 
  10.  * 2、分区过程,将比这个枢纽关键字大的数全放在它的右边,把小于或者等于的数全放在它左边 
  11.  * 3、再对左右分区进行第二步的操作,也就是递归。知道各个区间只有一个数为止 
  12.  *  
  13.  * 快速排序是冒泡排序的一种改进,有很多快速排序的方法还是用每次在比较后都用冒泡排序 
  14.  * 的方式交换,但是这样的效率要比只用一个枢纽关键字来控制交换的效率要大,所以下面是一种改进 
  15.  */  
  16. public class QuickSort {  
  17.     public static void main(String args[])  
  18.     {  
  19.         int array[]={49,38,65,97,76,13,27,49};  
  20.         System.out.println(Arrays.toString(array));  
  21.         quickSort(array,0,array.length-1);  
  22.         System.out.println(Arrays.toString(array));  
  23.     }  
  24.     /** 
  25.      * 分区方法:负责每次递归执行未分区的数据,也就是每次分区后枢纽关键字左右两边的元素 
  26.      * @param arr 要排序的数组 
  27.      * @param low 数组中小的索引,用于向后扫描 
  28.      * @param high 数组中大的索引,用于向前扫描 
  29.      */  
  30.     public static void quickSort(int arr[],int low,int high)  
  31.     {  
  32.         if(low<high)  
  33.         {  
  34.             int mid = partition(arr,low,high);  
  35.             //对枢纽关键字左边的分区进行分区  
  36.             quickSort(arr,low,mid-1);  
  37.             //对枢纽关键字右边的分区进行分区  
  38.             quickSort(arr,mid+1,high);  
  39.         }  
  40.     }  
  41.     /** 
  42.      * 挖坑填数,即具体实现分区的方法,每次的结果是将数组分为比枢纽关键字小的在左边, 
  43.      * 比枢纽关键字大的在右边 
  44.      * @param array 要排序的数组 
  45.      * @param low  
  46.      * @param high 
  47.      * @return 执行完分区后low的坐标值,用于下次递归的时候分区用 
  48.      */  
  49.     public static int partition(int array[],int low,int high)  
  50.     {  
  51.         //将数组中第一个元素作为枢纽关键字,这个关键字将在本次分区过程中不变  
  52.         int pivotKey = array[low];  
  53.         int i=low,j=high;  
  54.   
  55.         if(low<high)  
  56.         {  
  57.             while(i<j)  
  58.             {  
  59.                 //从后向前扫描,如果array[j]>=pivotKey,则下表j向前移动  
  60.                 while(i<j&&array[j]>=pivotKey)  
  61.                 {  
  62.                     j--;  
  63.                 }  
  64.                 //array[j]<pivotKey,则将array[j]挖出来填入array[i],即刚才被pivotKey挖走的地方  
  65.                 if(i<j)  
  66.                 {  
  67.                     array[i]=array[j];  
  68.                     i++;  
  69.                 }  
  70.                   
  71.                 //如果array[i]<=pivotKey,则下表i向后移动  
  72.                 while(i<j&&array[i]<=pivotKey)  
  73.                 {  
  74.                     i++;  
  75.                 }  
  76.                 //arry[i]>pivotKey,将array[i]挖出来填入刚才被挖的array[j]  
  77.                 if(i<j)  
  78.                 {  
  79.                     array[j]=array[i];  
  80.                     j--;  
  81.                 }  
  82.             }  
  83.             //如果到最后i=j的时候,也就是扫描完整个数组,则将枢纽关键字填入剩下的那个被挖的坑array[i]  
  84.             array[i]=pivotKey;  
  85.       
  86.         }  
  87.         //打印每次分区后的结果  
  88.         System.out.println(Arrays.toString(array));  
  89.         //将这个分区结束时的坐标i返回,用于下次执行时当做前分区的尾坐标,当做后分区的头坐标  
  90.         return i;  
  91.     }  
  92. }  

 执行结果:

 

Java代码  收藏代码
  1. <span style="color: #ff0000;">[4938659776132749]这是初始数组</span><span style="color: #333333;">  
  2. [2738134976976549]第一次  
  3. [1327384976976549]第二次  
  4. [1327384949657697]第三次  
  5. [1327384949657697]第四次  
  6. [1327384949657697]第五次</span> 
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