算法の快速排序

时间:2022-02-11 21:39:31

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。
算法の快速排序
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:
算法の快速排序
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:算法の快速排序
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。

照着这个总结很容易实现挖坑填数的代码:

//返回调整后基准数的位置
int adjustArray(int s[],int l,int r)
{
int i=l,j=r;
int key=s[l];//s[l]为s[i]的第一个坑
while(i<j)
{
//从右向左找小于key的数来填s[i]
while(i<j&&s[j]>=key)
{
--j;
}
if(i<j)
{
s[i]=s[j];//将s[j]填到s[i]中,s[j]就形成了一个新坑
i++;
}
//从左向右找大于key的数来填s[j]
while(i<j&&s[i]<=key)
{
++i;
}
if(i<j)
{
s[j]=s[i];//将s[i]填到s[j]中,s[i]就形成了一个新的坑
--j;
}
//退出时 i=j将key填到这个坑中
s[i]=x;
return i;
}
//再写分治法的代码
void quickSort(int s[],int l,int r)
{
if(l<r)
{
int i=adjustArray(s,l,r);//先用挖坑填数法调整s[]
quickSort(s,l,i-1);//递归调用
quickSort(s,i+1,r);
}
}

快速排序如同归并排序一样,采用分治方法进行递归调用完成排序。快速排序不需要进行像归并排序那样的合并操作。因为快排两个子数组属于就地排序,数组顺序已经排好。

再来看看快速排序,其基本思想是对于输入的子数组a[p:r],按以下3个步骤进行排序:
1、分解(divide): 以a[p]为某基准元素,将a[p:r]划分成3段,a[p:q-1], a[q]和a[q+1:r],使得a[p:q-1]中的任何元素都小于等于a[q],而a[q+1:r]中的任何元素大于等于a[q],q在划分中确定;
2、递归求解(conquer):通过递归调用快速排序算法,分别对a[p:q-1]和a[q+1:r]进行排序;
3、合并(merge):由于对a[p:q-1]和a[q+1:]r的排序在分解过程中就已经完成,所以当前a[p:q-1]和a[q+1:r]中的元素都已经排好序了,无须再执行任何计算,a[p:r]就已经完成排序了。
如下以a = [5, 3, 7, 2, 6, 4, 8, 1, 9]为例,具体分析一下快速排序的过程,【】表示划分元素,{}表示需交换元素。
算法の快速排序

对比归并排序算法:
算法の快速排序

上面的快排代码显然不够简洁,对其组合整理下:

//快速排序
void quickSort(int s[],int l,int r)
{

if(l<r)
{
int i=l,j=r;
int key=s[l];
while(i<j)
{
while(i<j&&s[j]>=key)
--j;
if(i<j)
{
s[i]=s[j];
i++;
}
while(i<j&&s[i]<=key)
++i;
if(i<j)
{
s[j]=s[i];
--j;
}
}

s[i]=key;//一次循环结束将枢纽元放入最后位置i或j(i=j);
quickSort(s,l,i-1);//递归调用
quickSort(s,i+1,r);
}
}