快速排序


【1】快速排序

快速排序是由托尼。霍尔(英文名C. A. R. Hoare,英国人,计算机领域爵士,同时是文科生获图灵奖者之一)于1962年提出的一种划分交换排序。

快速排序采用的是一种分治策略。快速排序经典之处在于它的排序思想。

所谓分治就是分而治之,从字面意思即可理解为:复杂问题简单化,简单问题重复化,重复问题高效化。所以,相比其它排序算法更快速。

而书面解释为:将原问题分解为若干个规模更小但结构与原问题相似的子问题。递归地处理这些子问题,然后将这些子问题的解组合为原问题的解。

快速排序是一种不稳定的排序(参见随笔《常用排序算法稳定性分析》)。

快速排序是时间复杂度是O(nlogn)。

【2】排序逻辑

设要排序的数组是A[0]~A[N-1]。(下面的例子中A[0]所为哨兵位,所谓哨兵位,即就是临时寄存关键数据位置)

首先任意选取一个数据(通常选用第一个数据,在示例中从A[1]开始)作为关键数据,然后将所有比它大的数都放到它后面,所有比它小的数都放到它前面,这个过程称为一趟快速排序。

一趟快速排序的算法是:

<1>设置两个变量i, j,排序开始的时候:i = 1, j = N-1;

<2>以第一个数组元素(示例中即A[1])作为关键数据,赋值给A[0];

<3>从j开始向前搜索,即由后开始向前搜索(--j),找到第一个小于关键数据A[0]的值A[j], A[i] = A[j];

<4>从i开始向后搜索,即由前开始向后搜索(++i),找到第一个大于关键数据A[0]的值A[i], A[j] = A[i];

<5>重复3,4,5步,直到 i == j;

(注意:只有当i == j时,才可以完全确定当前关键数据可以插入的位置,即就是满足比关键数据小的值全部置于其前,比关键数据大的值全部置于其后。)

【3】排序图解(借用百度图片)

该图片很形象,全神贯注,仔细观察:

【4】C++实现排序代码

(1)C++实现排序详细测试过程示例代码:

 1 #include<iostream>
 2 using namespace std;  3 #define   MAXSIZE   10
 4 
 5 void PrintArr(int ar[],int n)  6 {  7     for(int i = 0; i < n; ++i)  8  {  9         cout<<ar[i]<<" ";  10  }  11     cout<<endl;  12 }  13 
 14 int nCount = 0;  15 
 16 int Partition(int br[], const int left, const int right)  17 {  18     ++nCount;  19     cout<<""<<nCount<<"趟排序过程如下:"<<endl;  20     int i = left, j = right;  21     cout<<"left = "<<left<<endl;  22      br[0] = br[left];    //注意哨兵位的作用:暂存本趟排序的关键数据
 23     cout<<"关键字:"<<br[0]<<endl;  24     cout<<"调整前顺序:"<<endl;  25  PrintArr(br, MAXSIZE);  26     while(i < j)  27  {  28         while(i < j && br[j] > br[0])   //从末尾开始
 29  {  30             --j;      //前移一位
 31  }  32         br[i] = br[j];  //比关键字小的前置
 33         cout<<"比当前关键字大者调整结果:"<<endl;  34  PrintArr(br, MAXSIZE);  35         while(i < j && br[i] <= br[0])  //从前端开始
 36  {  37             ++i;    //后移一位
 38  }  39         br[j] = br[i];  //比关键字大的后置
 40         cout<<"比当前关键字小者调整结果:"<<endl;  41  PrintArr(br, MAXSIZE);  42  }  43     br[i] = br[0];  //插入关键字
 44  PrintArr(br, MAXSIZE);  45     cout<<"i = "<<i<<endl;  46     cout<<"本趟结束"<<endl;  47     return i;  48     
 49 }  50 
 51 void Quicksort(int br[],const int left,const int right)  52 {  53     if(left < right)  54  {  55         int mid = Partition(br, left, right);  56         Quicksort(br,left,mid-1);  57         Quicksort(br,mid+1,right);  58  }  59 }  60 
 61 void Quicksort(int br[],int n)  62 {  63     Quicksort(br, 1, n);  64 }  65 
 66 void main()  67 {  68     int ar[MAXSIZE] = {0, 14, 2, 58, 69, 100, 50, 26, 65, 97};  69     cout<<"排序前原数组"<<endl;  70  PrintArr(ar, MAXSIZE);  71     Quicksort(ar, MAXSIZE-1);  72     cout<<"排序后数组排序"<<endl;  73  PrintArr(ar, MAXSIZE);  74 
 75 }  76 /*
 77 排序前原数组  78 0 14 2 58 69 100 50 26 65 97  79 第1趟排序过程如下:  80 left = 1  81 关键字:14  82 调整前顺序:  83 14 14 2 58 69 100 50 26 65 97  84 比当前关键字大者调整结果:  85 14 2 2 58 69 100 50 26 65 97  86 比当前关键字小者调整结果:  87 14 2 2 58 69 100 50 26 65 97  88 14 2 14 58 69 100 50 26 65 97  89 i = 2  90 本趟结束  91 第2趟排序过程如下:  92 left = 3  93 关键字:58  94 调整前顺序:  95 58 2 14 58 69 100 50 26 65 97  96 比当前关键字大者调整结果:  97 58 2 14 26 69 100 50 26 65 97  98 比当前关键字小者调整结果:  99 58 2 14 26 69 100 50 69 65 97 100 比当前关键字大者调整结果: 101 58 2 14 26 50 100 50 69 65 97 102 比当前关键字小者调整结果: 103 58 2 14 26 50 100 100 69 65 97 104 比当前关键字大者调整结果: 105 58 2 14 26 50 100 100 69 65 97 106 比当前关键字小者调整结果: 107 58 2 14 26 50 100 100 69 65 97 108 58 2 14 26 50 58 100 69 65 97 109 i = 5 110 本趟结束 111 第3趟排序过程如下: 112 left = 3 113 关键字:26 114 调整前顺序: 115 26 2 14 26 50 58 100 69 65 97 116 比当前关键字大者调整结果: 117 26 2 14 26 50 58 100 69 65 97 118 比当前关键字小者调整结果: 119 26 2 14 26 50 58 100 69 65 97 120 26 2 14 26 50 58 100 69 65 97 121 i = 3 122 本趟结束 123 第4趟排序过程如下: 124 left = 6 125 关键字:100 126 调整前顺序: 127 100 2 14 26 50 58 100 69 65 97 128 比当前关键字大者调整结果: 129 100 2 14 26 50 58 97 69 65 97 130 比当前关键字小者调整结果: 131 100 2 14 26 50 58 97 69 65 97 132 100 2 14 26 50 58 97 69 65 100 133 i = 9 134 本趟结束 135 第5趟排序过程如下: 136 left = 6 137 关键字:97 138 调整前顺序: 139 97 2 14 26 50 58 97 69 65 100 140 比当前关键字大者调整结果: 141 97 2 14 26 50 58 65 69 65 100 142 比当前关键字小者调整结果: 143 97 2 14 26 50 58 65 69 65 100 144 97 2 14 26 50 58 65 69 97 100 145 i = 8 146 本趟结束 147 第6趟排序过程如下: 148 left = 6 149 关键字:65 150 调整前顺序: 151 65 2 14 26 50 58 65 69 97 100 152 比当前关键字大者调整结果: 153 65 2 14 26 50 58 65 69 97 100 154 比当前关键字小者调整结果: 155 65 2 14 26 50 58 65 69 97 100 156 65 2 14 26 50 58 65 69 97 100 157 i = 6 158 本趟结束 159 排序后数组排序 160 65 2 14 26 50 58 65 69 97 100 161 */

【2】中分析逻辑的第五条也就是为什么while(i < j ) 而不是 if(i <j )的原因提醒(也可以从上面的测试程序第二趟排序结果分析原因。)。

(2)完整快速排序实现代码:

 1 int Partition(int br[], const int left, const int right)  2 {  3     int i = left, j = right;  4      br[0] = br[left];  5     while(i < j)  6  {  7         while(i < j && br[j] > br[0])  8  {  9             --j; 10  } 11         br[i] = br[j]; 12         while(i < j && br[i] <= br[0]) 13  { 14             ++i; 15  } 16         br[j] = br[i]; 17  } 18     br[i] = br[0]; 19     return i; 20     
21 } 22 
23 void Quicksort(int br[],const int left,const int right) 24 { 25     if(left < right) 26  { 27         int mid = Partition(br, left, right); 28         Quicksort(br,left,mid-1); 29         Quicksort(br,mid+1,right); 30  } 31 } 32 
33 void Quicksort(int br[],int n) 34 { 35     Quicksort(br, 1, n); 36 } 

关于快速排序的代码,可以有很多种写法,个人认为,此种写法比较好理解,并且易于阅读。

 

Good Good Study, Day Day Up.

顺序  选择  循环  坚持  总结


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