python实现快速排序 -- 详细思路分析

作者: 于饼喵 | 来源:发表于2020-07-01 11:26 被阅读0次

1. 快速排序思想

通过一趟排序将要排序的数据分割成独立的两部分,其中一部分的所有数据都比另外一部分的所有数据都要小,然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序,整个排序过程可以递归进行,以此达到整个数据变成有序序列的目的。

2. 快速排序实现步骤

假设有一个列表[5,7,3,3,6,2,1,4,10],需要使用快速排序,将其排序为有序列表。

2.1 第一次排序


  • 首先,将列表的首个元素作为中间值,使用mid_value接收。【mid_value =5】
  • 创建两个游标,low游标放置于0号索引位置【开头】,high游标放置于n-1索引位置【末尾】
step1
  • 先移动high游标,当high游标所指元素比mid_value大时,high游标左移【移到4】
  • high游标所指元素比mid_value小时,游标停留在当前位置【移动到4时,4比mid_value小,则high游标停留在当前位置】
  • high游标当前位置的元素的值赋给low游标所指的位置【5 --> 4】
step2
  • low游标往右走,当low游标所指的元素比mid_value小时,low游标右移【移到7】
  • 当low游标所指的元素比mid_value大时,游标停留在当前位置【移动到7时,7比mid_value大,则low游标停留在当前位置
  • low游标当前位置的元素赋值给high游标所指的位置【4 --> 7】
step3
  • high游标当前位置的元素变为7后,当前值比mid_value大,所以high游标可以继续往左走,1的值比mid_value小,则high游标停留在当前位置
  • 将high游标当前位置的元素赋值给low游标所指的位置,即7 --> 1


    step4

  • low游标当前位置的元素变为1后,当前值比mid_value小,所以low游标可以继续往右走。不断和右边的元素比较,如果比mid_value小,则继续右移,直到去到6元素所在的位置,6比mid_value大,所以low游标停留在当前位置
  • 将low游标所处位置的元素的值赋值给high游标所指位置,即1 --> 6
step5
  • high游标继续往左走,2比mid_value小,所以high停留在当前位置
  • 将high游标所指位置元素的值赋值给low游标所指位置,即6 --> 2
step6
  • low游标往右走,此时low和high游标重合
  • 当low和high相等时,将mid_value赋值给此时位置的元素
step7

以上便是第一次排序的过程图
通过以上过程,可以实现以下代码

def quick_sort(target_list):
    n = len(target_list)
    # 将alist的第一个元素作为中间值
    mid_value = target_list[0]
    low = 0
    high = n-1
    
    # 当low小于high时,两个游标都可以移动
    while low < high:
        # high游标所对应元素比mid_value大时,high游标往左走
        while low < high and target_list[high] > mid_value:
            
            high -= 1
        # 当条件不满足时说明遇到的元素比mid_value小
        # 此时将high游标所处位置的元素放到low游标所处的位置
        target_list[low] = target_list[high]

        while low < high and target_list[low] < mid_value:
            # low游标往右走
            low += 1
        target_list[high] = target_list[low]
        
    # 从循环退出时,low游标和high游标位置重合,把mid_value放到此位置
    target_list[low] = mid_value

2.2 第n次排序

根据快速排序的思想,我们排序好中间值后,会对中间值左边的列表和右边的列表再次使用快速排序,核心部分的代码基本不变,因此我们可以使用递归的方法来完成多次排序。

8.png
  • 由于我们需要在同一个list上操作,因此不能使用列表切片的方式传入进行递归,我们需要传入first和last参数,用于表示截取同一个列表。first代表起使位置索引,last代表末尾位置索引
  • 递归时,左边的列表就可以表示为quick_sort(alist,first,low-1);右边的列表可以表示为quick_sort(alist,low+1,last)
  • 列表只有一个元素或没有元素的时候,就终止递归,即first >= last时,结束递归
  • 代码实现
def quick_sort(target_list,first,last):
    # 当first大于等于last时,则终止递归
    if first >= last:
        return
    # 将alist的第一个元素作为中间值
    mid_value = target_list[first]
    # 设置low和high两个游标
    low = first
    high = last
    while low < high:
        # high 左移,可以把相等的情况放到high或者low任意一边处理
        while low < high and target_list[high] >= mid_value:
            high -= 1
        target_list[low] = target_list[high]
        
        # low右移
        while low < high and target_list[low] < mid_value:
            low += 1
        target_list[high] = target_list[low]
    
    # 从循环退出时,low = high
    target_list[low] = mid_value
    
    # 把mid_value左右分为两部分进行递归操作
    # 对mid_value左边的元素进行递归操作
    quick_sort(target_list,first,low-1)
    # 对mid_value右边的元素进行递归操作
    quick_sort(target_list,low+1,last)
    
    return target_list

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