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看图说话排序算法之快速排序

看图说话排序算法之快速排序

作者: 涂印 | 来源:发表于2018-04-12 15:33 被阅读0次

        本文着重介绍快速排序算法(quick sort),快速排序和冒泡排序一样是交换排序的一种,快速排序算法可以看成是对冒泡排序算法的改进算法,其平均时间复杂度在nlog(n),基本上是已知的排序算法中速度最快的一种。
        冒泡排序的核心思想是通过一次冒泡交换将最大的元素置换到末尾,通过N-1次这样的冒泡交换,完成对待排序数组的排序。
        快速排序的核心思想是通过一个partition(分割)操作,将数组的某一个元素放置到正确的排序位置,接着递归对该元素的左侧和右侧分别进行partition操作,直到所有的元素都放到正确的位置,这样排序就结束了。
        下面通过一个图例的方式来介绍对待排序数组的一次partition操作。假设待排序数组int []A = new int[]{5,1,4,7,9,3,2,5}。

    一丶快速排序原理
    1. 随便选取一个元素(后文简称特定元素),这里选取第一个元素5,目的是将元素5放置到正确的排序位置,让元素5左侧的元素都小于或等于5,右侧的元素都大于5。

    2. 在partition操作中,维护三个重要成员,left指针指向区间的第一个元素,right指针指向区间的最后一个元素,以及对选中元素额备份。


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    3. 移动right指针,right=right-1,一直到A[right]<=5,停止移动移动left指针,left = left+1,一直到A[left]>5停止移动。


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    4. left指针移动和right指针移动结束后,交换left指针和right指针指向的内容。


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    5. 继续重复步骤2,3,4


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    6. 继续重复步骤2,3,4发现left=right,两个指针相遇了,那么结束本次partition操作,让 left和right共同指向的元素去覆盖选中的元素5。


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    7. 将备份的元素5覆盖left和right共同指向的元素。


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    8. 执行完步骤7之后,一次的partion操作就结束了,将数组分割成的两个部分,在指定元素5的左侧,所有的元素都小于或等于5,在指定元素的右侧所有的元素都大于5。对左侧的数组{3,1,4,5,2}和右侧数组{9,7}递归partition操作。递归执行partition函数后,快速排序就完成了,数组也由无序变为了有序的状态了。

    二丶快速排序的细节分析

    (1)在一次partition操作中,对特定元素的指定一般都取待排序区间中的第一个元素。
    (2)left指针和right指针的移动顺序是存在区别的,必须先移动right指针,后移动left指针。试想当left和right指针相遇的时候,若先移动right指针,可以保证最后left和right指向的元素是严格小于或等于被指定元素的。这样在执行步骤7和步骤8之后,可以完全的保证被指定元素放置在合适的位置——左侧的所有元素小于自身,右侧的所有元素大于自身。
    (3)快速排序的每一次partition操作,必须输入两个参数——start和end。start代表待排序区间的开始位置,end代表待排序区间的结束位置。
    (4)每一次partition操作,必须返回特定元素分割后的位置,用作下一次partition操作的依据。
    (5)每次partition操作,如果start>end.则不执行partition流程。

    三丶java代码实现
     public static void quickSort(int [] num,intstart,int end){
          if(start>end)
            return ;
          int mid = partition(num,start,end);
         
          quickSort(num,start,mid-1);
     
          quickSort(num,mid+1,end);
       }
       public static int  partition(int[] num,int start,int end){
          int copy = num[start];
          int left = start;
          int right = end;
          while(left<right){
            while(left<right&&num[right]>copy){
               right = right -1;
            }
            while(left<right&&num[left]<=copy){
               left++;
            }
            int temp = num[left];
            num[left] = num[right];
            num[right] =temp;
          }
          num[start] = num[left];
          num[left] = copy;
         
          return left;
       } 
    

    Referecne:
    [1] 数据结构与算法 java语言描述版
    [2] 原文博客链接

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