經(jīng)典排序算法(下)(快速排序田弥、歸并排序)

1.快速排序

快速排序每趟選擇一個基準元素延欠,用基準元素將序列劃分成兩部分陌兑,所有比基準值小的元素擺放在基準前面,所有比基準值大的元素擺在基準后面由捎,這一趟過程稱為分區(qū)(partition)操作兔综。每一趟分區(qū)操作的目的就是把這趟的基準元素擺到最終位置。
  遞歸地對基準元素左邊的序列和右邊的序列分別調(diào)用分區(qū)操作,則當序列的大小是零或者一時整個序列排序完成软驰,采用的是“分治”的策略涧窒。

快速排序-圖片來自維基百科

思路總結:

(1)先從序列中取出一個數(shù)作為基準數(shù)。
(2)分區(qū)過程:將比基準數(shù)大的數(shù)全部放到它的右邊锭亏,小于或等于它的數(shù)全部放到它的左邊纠吴。
(3)對左右序列重復步驟(2),直到各序列數(shù)只有一個或零個

為了便于大家理解“分區(qū)”操作慧瘤,將快排寫成兩個函數(shù)戴已,大家也可以合成一個函數(shù)寫,參考代碼如下:

//分區(qū)操作
    public int partition(int a[],int left,int right){
        int l = left,r = right,key = a[left];
        if(left<right){         
            while(l<r){//結束條件為左指針與右指針匯合
                while(l<r&&key<=a[r]){//從右向左遍歷數(shù)組锅减,找到第一個小于key的值
                    r--;
                }          
                if(l<r){//右邊小于key的值與key的位置互換
                a[l++] = a[r]; 
                }   
                 //左右方向互換           
                while(l<r&&key>a[l]){//從左向右遍歷糖儡,找到第一個大于key的值
                    l++;
                }               
                if(l<r){//左邊大于key的值與key互換
                    a[r--] = a[l];
                }
            }
            a[l] = key;//key放到數(shù)組最終位置        
        }
        return l;
    }

上面的分區(qū)操作的代碼可以簡單概括為“挖坑填數(shù)”,即每次partiton將序列最左邊的數(shù)選為基準元素key怔匣,將key挖出握联,從右向左開始遍歷,讓序列中的數(shù)與基準元素key值進行比較每瞒,若右邊有比基準值小的數(shù)金闽,則將該數(shù)“挖”出來,“填”入坑中独泞,被挖的數(shù)成為新的坑呐矾,每“挖、填”一次數(shù)懦砂,改變一次序列的遍歷方向蜒犯,直到序列遍歷完成為止,將key(基準元素)填入最終結束的位置荞膘,也就確定了基準元素最終在序列中的位置罚随。

//遞歸調(diào)用
public void quickSort(int a[],int left,int right){
        if(left<right){
            int t = partition(a, left, right);
            quickSort(a, left, t-1);//左邊的數(shù)組快排
            quickSort(a, t+1, right);//右邊的數(shù)組快排
        }
    }

排序過程如下所示:
初始狀態(tài):  a[0]  a[1]  a[2]  a[3]  a[4]  a[5]
初始值:   5  ∮鹱省6  √云小4   3  ⊥郎1  〕备摹2
第一趟排序過程:key = 5  a[0]為初始坑所在位置(用[ ]標識坑的位置)
      [5] 「古6  』阍凇4   3  ≡啻稹1     (右->左糕殉,l=0,r=5亩鬼,a[r]小于key)
          6  “⒌4  ■ǚ妗3   1 ∠劢唷[2] (交換玷过,a[5]值填坑,a[5]變新坑) 
      》倮取2     ∫逼ァ4   3  ∨匚痢1 〗腊[2] (左->右,l=1,r=5袒餐,a[l]大于key)
      》捎肌2  [6] 【难邸4  ∥蚤堋3   1     (交換焰宣,a[1]值填坑霉囚,a[1]變新坑)
       2 ∝盎[6] ∮蕖4   3     ∩了簟6  (右->左盅粪,l=1,r=4,a[r]小于key)
      ∏睦佟2  ∑惫恕1   4  》鳌3 〉旖尽[1]  6  (交換番刊,a[4]值填坑含鳞,a[4]變新坑)
       2  ∧焓唷1     ∶裆埂3  [1] 〕荨6  (左->右潜必,l=2,r=4)
       2  ∥值1  〈殴觥4     [1] ∠怼6  (左->右垂攘,l=3,r=4)
       2  ∮偃小1  ∩顾4   3 ∫菁帧[] ≡山觥6  (l=r=4,key填a[l])
       2  ÷燎帧1  ∽粕恕4   3     ∵湎省6  (找到5的最終位置)
第二趟:  『摹1      4  ∨北3    5   6∮敝丁(找到2的最終位置)
第三趟:   1  ÷「摇2  》⒚蟆3       5   6 (找到4的最終位置)

2.歸并排序

歸并排序先遞歸分解序列拂蝎,一分為二進行分組穴墅,直到分解到分組只有一個元素為止,認為其有序温自,再將有序分組兩兩合并玄货,最后使整個序列有序。(歸并可以簡單理解為:遞分解+兩兩合

歸并排序-圖片來自維基百科

將兩個有序序列合并的思路:

(1)比較兩個序列中第一個數(shù)悼泌,取出較小者松捉,對應取數(shù)序列取數(shù)位置后移一位,即下一個數(shù)變?yōu)榈谝粋€數(shù)馆里。
(2)重復步驟(3)隘世,如果有序列值全部取完可柿,那直接將另一個序列的數(shù)據(jù)依次取出即可
(3)取出的數(shù)依次存入一個新的序列,這個新的序列即為這兩個有序序列合并而成的新的有序序列

分解的實現(xiàn)比較簡單丙者,通過改變傳入數(shù)組下標复斥,直接遞歸調(diào)用即可,為了便于大家理解歸并排序中遞歸與合并的概念械媒,將歸并寫成兩個函數(shù)目锭,參考代碼如下:

//遞歸分解操作
public void mergeSort(int a[],int begin,int end){//傳入的begin、end均為待排序數(shù)組的下標值
        if(begin<end){
            int mid = (begin+end)/2;
            mergeSort(a, begin, mid);
            mergeSort(a, mid+1, end);
            merge(a, begin, end);
        }
    }

對于數(shù)組進行分解纷捞,例如若某個數(shù)組長度為8痢虹,下標為0~7,則mid = (0+7)/2=3主儡,可將數(shù)組分成兩個子數(shù)組:下標為[03]的數(shù)組和下標為[47]的數(shù)組奖唯。而對于下標[03]的數(shù)組,其mid=(0+3)/2=1缀辩,又可將其分為下標為[01]的數(shù)組和下標為[2~3]的數(shù)組臭埋。依此類推,直到分解成的數(shù)組只有一個元素為止臀玄,認為其有序瓢阴。

//合并操作
public void merge(int a[],int begin,int end){
        int mid = (begin + end)/2;//將傳進來原數(shù)組對應下標的子數(shù)組根據(jù)mid分解
        int i = begin, j = mid + 1;   //分解成兩個數(shù)組:[begin~mid]、[mid+1~end]
        int k = 0;  
        int temp[] = new int[end+1];//申請額外空間來暫存排序后的新的有序數(shù)組
        while (i <= mid && j <= end)  //依次比較分解后兩個數(shù)組內(nèi)的數(shù)健无,直至其中一個數(shù)組到末尾
        {  
            if (a[i] <= a[j])  //將較小值放入臨時數(shù)組的前面
                temp[k++] = a[i++];  
            else  
                temp[k++] = a[j++];  
        }         
        while (i <= mid)  //若數(shù)組[begin~mid]中還有數(shù)沒取完荣恐,則將未取完的數(shù)全部追加到臨時數(shù)組后面
            temp[k++] = a[i++];           
        while (j <= end)  //若數(shù)組[mid+1~end]中還有數(shù)沒取完,則將未取完的數(shù)全部追加到臨時數(shù)組后面
            temp[k++] = a[j++];           
        for (i = 0; i < k; i++)  
            a[begin+i] = temp[i]; //將合并后有序的臨時數(shù)組中的數(shù)依次賦值到原來待合并的數(shù)組累贤,完成該次合并      
    }

排序過程如下所示:
初始狀態(tài):a[0]  a[1]  a[2]   a[3]   a[4]   a[5]  a[6] a[7]
初始值:〉隆6   5  【矢唷3  ∨鸨弧1   8  ∩酢7 ∪铝颉2  4
          ∈加恪3  ∽械А1   8  ∫角濉7 ∑鹉骸2  4(0~1合并)
    』崂印5  「号场6        ⊥厕唷8   7 ≈嚼鳌2 ”好4(2~3合并)
                 8  〔须纭7  2 ∑兜肌4(0~3合并)
    ∨酌ā1   3  『⒌啤5  」虢稹6        2 》宓怠4(4~5合并)
    “芷ァ1   3  〖パ病5  ∠颇丁6   7  』肚辍8    (6~7合并)
    〔酃鳌1   3  √俊5  ×镀摺6          (4~7合并)
                        (0~7合并)
     1  〔汲帧2  ⊥阕尽3   4  √馀5  “锤怠6  7 ≤轿8(排序結果)

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