算法(一)之排序算法(六)——快速排序(QuickSort)

快速排序是八大排序算法之一,运用也是相当广泛。快速排序是分治思想的一种体现,分治就是将一个规模为N的问题分解成K个规模较小的问题,这些子问题相互独立且与原问题性质相同。求出子问题的解,就可得到原问题的解。

比如给定一组数据[31, 68, 45, 90, 23, 39, 54, 12, 87, 76],我们用快速排序的思想来对这组数据进行排序。

现在我们使用图解来分析它的排序步骤:

(1)第一步:定义两个指针low和high,low指针指向数组的第一个位置,high指针指向数组中的最后一个位置。并且用一个temp变量来存储第一个位置的数据,即temp=31。

(2)第二步:我们定义一个指针移动方向,先从右往左移动,即先移动high指针。先用high指针上的数据和temp进行比较,如果high指针上的数据大于temp,那就一直往左边移动high指针。直到high指针上的数据比temp小时,high指针才停止移动。

(3)第三步:现在出现了high指针上的数据小于了temp,即array[high] < temp,即(12 < 31)。我们就要把high指针指向的数据放到low指针的位置上; high指针停止移动,然后改变指针移动方向,low指针向右移动1位。


(4)第四步:low指针向右移动过程中如果array[low]>temp,就把low上面对应的数据放到array[high]上;并且low指针不动,改变指针移动方向,high指针向前移动一位。

(5)根据这样的规律一直找下去,直到两个指针重合,把temp的数据放到重合位置上面。


(5)这样一轮下来之后,我们就针对放置temp数据的位置的左右两边进行快速排序,即使用递归。

说了这么多我也不知道清没清楚,最后还是回到代码上来处理:

  //begin和end是传入数组array的头尾两个下标
  public static void quickSort(int[] array,int begin,int end){
    if(end <= begin){   
        return;
    }

    //step1:定义两个指针下标指向数组两端,并把开始指针处的数据存储起来
    int low = begin;
    int high = end;
    int temp = array[begin];

    //step2:定义两个指针的移动
    boolean direction = true;

    L1:
    while(low < high){
        if(direction) {      //高位指针向左移动

            for (int i = high; i > low; i--) {
                if (array[i] <= temp) {
                    array[low++] = array[i];  //把这个小的数放到低位指针的位置,并且低位指针向右移动1位
                    high = i;                 //并修改高位指针的位置,让其放置在满足if条件的i上
                    direction = !direction;     //改变指针移动
                    continue L1;
                }
            }
            high = low;                 //最后两个位置重合即可跳出循环

        }else{

            for(int i=low;i<high;i++){
                if(array[i] >= temp){
                    array[high--] = array[i];
                    low = i;
                    direction = !direction;
                    continue L1;
                }
            }
            low = high;

        }
    }

    //step3:把temp放到两个指针重合的位置
    array[low] = temp;
    //array[high] = temp;

    //step4:把放置temp数据的左右两边继续进行快速排序,这很类似二叉树的前序遍历
    quickSort(array,begin,low-1);    
    quickSort(array,low+1,end);
}

快速排序的应用场景:源数据是数据量大并且是顺序存储结构使用快速排序效率最高。
短处:
(1)数据中有大量重复数据的时候性能不好;
(2)数据是链式存储结构的时候,性能下降严重。

那数据是链式存储结构的时候我们用什么排序呢?下篇文章再进行分析。

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