详解快速排序算法中的区间划分法及Java实现示例

快速排序是C.R.A.Hoare于1962年提出的一种划分交换排序。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。
算法的思路很清晰，但是如果在区间划分过程中边界值没有处理好，也是很容易出现bug的。下面给出两种比较清晰的思维来指导区间划分代码的编写。
第一种思维即所谓的挖坑法思维，下面通过分析一个实例来分析一下挖坑法的过程：
以一个数组作为示例，取区间第一个数为基准数。

初始时，left = 0; right= 9;   X = a[left] = 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right开始向前找一个<=X的数。显然,right=8时，符合条件，将a[8]挖出再填到上一个坑a[left]中。 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left开始向后找一个大于X的数，当left=3，符合条件，将a[3]挖出再填到上一个坑a[right] 中;
数组变为：

再重复上面的步骤，最终数组将变成如下形式：

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。将X填入a[5]的坑中，数据变为：

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。
照此分区方法，快速排序Java代码如下：

public class Partition {

 /**
  * 基于base划分，小的在左，大的在右， 不要求整个序列有序
  *
  * @param ary
  * @param base
  */
 static void sort(int[] ary, int base) {
  int left = 0;
  int right = ary.length - 1;

  int leftpoint = left, rightpoint = right;

  while (true) {
   // 分成左右两边同时进行比较，一边从左向右，一边从右向左，
   while (leftpoint < right && ary[leftpoint++] < base); //leftpoint大于right或ary[leftpoint]>base停止循环

   while (rightpoint >= left && ary[rightpoint--] > base); //反之
   System.out.println("左边需要交换的索引:" + (leftpoint-1));
   System.out.println("右边需要交换的索引:"+ (rightpoint+1));
   //上面拿到了不符合条件的两个索引，即需要交换的两个索引
   if (leftpoint - 1 < rightpoint + 1) {//需要交换
    swap(ary, leftpoint - 1, rightpoint + 1);
    Util.printArray(ary);
    leftpoint = left;
    rightpoint = right;
   } else {
    break;
   }
  }
 }


 private static void swap(int[] ary, int a, int b) {
  int temp = ary[a];
  ary[a] = ary[b];
  ary[b] = temp;
 }

 public static void main(String[] args) {
  int[] ary = Util.generateIntArray(10);
  System.out.println("原序列：");
  Util.printArray(ary);
  sort(ary, 5);
  System.out.println("排序后：");
  Util.printArray(ary);
 }
}

结果：

原序列：
[2, 8, 4, 3, 7, 5, 1, 9, 0, 6]
左边需要交换的索引:1
右边需要交换的索引:8
[2, 0, 4, 3, 7, 5, 1, 9, 8, 6]
左边需要交换的索引:4
右边需要交换的索引:6
[2, 0, 4, 3, 1, 5, 7, 9, 8, 6]
左边需要交换的索引:5
右边需要交换的索引:5
排序后：
[2, 0, 4, 3, 1, 5, 7, 9, 8, 6]

区间划分的的另一种指导思维:
将数组的第一个元素作为区间划分值，从第二个元素开始分区，直到形成如图所示的结果，

然后交换l<t区间的右边界值和t,形成如下的结果：

如此，可以如下编写快速排序代码：

public void qSort(int array[],int left,int right)
 {
  if(left < right){

   int key = array[left];

   int high = right;

   int low = left+1;

   while(true){

    while(low <= high && array[low] <= key) low++;

    while(low <= high && array[high] >= key) high--;

    if(low > high)
     break;

    swap(array,low,high);
   }
   swap(array,left,high);

   printArray(array);

   qSort(array,left,high-1);

   qSort(array,high+1,right);
  }
 }