Java 快速排序(QuickSort)原理及實現代碼

2019-11-26 15:46:10

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快速排序（QuickSort ）是常用到的效率比較高的一種排序算法，在面試過程中也經常提及。下面就詳細講解一下他的原理、給出一個Java版本的實現。

快速排序思想：

通過對數據元素集合Rn 進行一趟排序劃分出獨立的兩個部分。其中一個部分的關鍵字比另一部分的關鍵字小。然后再分別對兩個部分的關鍵字進行一趟排序，直到獨立的元素只有一個，此時整個元素集合有序。

快速排序的過程――挖坑填數法（這是一個很形象的名稱），對一個元素集合R[ low ... high ] ,首先取一個數（一般是R[low] ）做參照，以R[low]為基準重新排列所有的元素。

所有比R[low]小的放前面，所有比R[low] 大的放后面，然后以R[low]為分界，對R[low ... high] 劃分為兩個子集和，再做劃分。直到low >= high 。

比如：對R={37, 40, 38, 42, 461, 5, 7, 9, 12}進行一趟快速排序的過程如下(注:下面描述的內容中元素下表從 0 開始)：

原始序列	37	40	38	42	461	5	7	9	12
一：high-->low	12	40	38	42	461	5	7	9	12
一：low --> high	12	40	38	42	461	5	7	9	40
二：high-->low	12	9	38	42	461	5	7	9	40
二：low --> high	12	9	38	42	461	5	7	38	40
三：high --> low	12	9	7	42	461	5	7	38	40
三：low -->high	12	9	7	42	461	5	42	38	40
四：high --> low	12	9	7	5	461	5	42	38	40
四：low --> high	12	9	7	5	461	461	42	38	40
一趟排序結果	12	9	7	5	37	461	42	38	40

開始選取基準 base = 37，初始位置下表 low = 0 ， high = 8 ，從high=8，開始如果R[8] < base , 將high位置中的內容寫入到R[low]中, 將high位置空出來, low = low +1 ;

從low開始探測，由于low=1 ， R[low] > base ,所以將R[low]寫入到R[high] , high = high -1 ;

檢測到low < high ,所以第一趟快速排序仍需繼續:

此時low=1，high=7，因為 R[high] < base ,所以將 R[high] 寫入到到R[low]中,low = low + 1;

從low開始探測,low = 2 , R[low] >base ,所以講R[low]寫入到R[high]，high=high-1;

繼續檢測到 low 小于high

此時low=2，high=6，同理R[high] < base ,將R[high] 寫入到R[low]中，low=low+1;

從low繼續探測,low = 3 , high=6 , R[low] > base , 將R[low]寫入到R[high]中，high = high-1;

繼續探測到low小于high

此時low=3，high=5，同理R[high] < base,將R[high]寫入到R[low]中，low = low +1；

從low繼續探測，low = 4，high=5，由于R[low] > base , 將R[low]寫入到R[high]中，high = high -1 ;

此時探測到low == high == 4 ；該位置即是base所在的位置，將base寫入到該位置中.

然后再對子序列Rs1 = {12,9,7,5} 和 Rs2={461,42,38,40}做一趟快速排序，直到Rsi中只有一個元素，或沒有元素。

（注: 在以上表單中可以看到一趟排序中有一些重復的數據（原始數據中沒有重復的數據），這是因為沒有清除該位置的數據，我們在特定的時間看該內存塊的數據依然是它，直到下一次將數據寫入該位置位置 ―― 在此該位置的數據是一個沒有意義臟數據，稱之為 “坑”）

快速排序的Java實現：

復制代碼代碼如下:

private static boolean isEmpty(int[] n) {
return n == null || n.length == 0;
}

    // ///////////////////////////////////////////////////
    /**
     * 快速排序算法思想――挖坑填數方法：
     *
     * @param n 待排序的數組
     */
    public static void quickSort(int[] n) {
        if (isEmpty(n))
            return;
        quickSort(n, 0, n.length - 1);
    }

    public static void quickSort(int[] n, int l, int h) {
        if (isEmpty(n))
            return;
        if (l < h) {
            int pivot = partion(n, l, h);
            quickSort(n, l, pivot - 1);
            quickSort(n, pivot + 1, h);
        }
    }

    private static int partion(int[] n, int start, int end) {
        int tmp = n[start];
        while (start < end) {
            while (n[end] >= tmp && start < end)
                end--;
            if (start < end) {
                n[start++] = n[end];
            }
            while (n[start] < tmp && start < end)
                start++;
            if (start < end) {
                n[end--] = n[start];
            }
        }
        n[start] = tmp;
        return start;
    }