快排算法

本文摘自https://blog.csdn.net/yzllz001/article/details/50982841

原理:

假設(shè)我們現(xiàn)在對“6 1 2 7 9 3 4 5 10 8”這個(gè)10個(gè)數(shù)進(jìn)行排序台丛。首先在這個(gè)序列中隨便找一個(gè)數(shù)作為基準(zhǔn)數(shù)(不要被這個(gè)名詞嚇到了,就是一個(gè)用來參照的數(shù)棚赔,待會(huì)你就知道它用來做啥的了)焕济。為了方便绍弟,就讓第一個(gè)數(shù)6作為基準(zhǔn)數(shù)吧杏死。接下來厢岂,需要將這個(gè)序列中所有比基準(zhǔn)數(shù)大的數(shù)放在6的右邊轧苫,比基準(zhǔn)數(shù)小的數(shù)放在6的左邊楚堤,類似下面這種排列:
3 1 2 5 4 6 9 7 10 8

在初始狀態(tài)下,數(shù)字6在序列的第1位含懊。我們的目標(biāo)是將6挪到序列中間的某個(gè)位置身冬,假設(shè)這個(gè)位置是k。現(xiàn)在就需要尋找這個(gè)k岔乔,并且以第k位為分界點(diǎn)酥筝,左邊的數(shù)都小于等于6,右邊的數(shù)都大于等于6重罪。想一想樱哼,你有辦法可以做到這點(diǎn)嗎?

排序算法顯神威

方法其實(shí)很簡單:分別從初始序列“6 1 2 7 9 3 4 5 10 8”兩端開始“探測”剿配。先從右往左找一個(gè)小于6的數(shù)搅幅,再從左往右找一個(gè)大于6的數(shù),然后交換他們呼胚。這里可以用兩個(gè)變量i和j茄唐,分別指向序列最左邊和最右邊。我們?yōu)檫@兩個(gè)變量起個(gè)好聽的名字“哨兵i”和“哨兵j”。剛開始的時(shí)候讓哨兵i指向序列的最左邊(即i=1)呼盆,指向數(shù)字6。讓哨兵j指向序列的最右邊(即=10)蚁廓,指向數(shù)字。

image.png

首先哨兵j開始出動(dòng)腿时。因?yàn)榇颂幵O(shè)置的基準(zhǔn)數(shù)是最左邊的數(shù),所以需要讓哨兵j先出動(dòng)批糟,這一點(diǎn)非常重要(請自己想一想為什么)。哨兵j一步一步地向左挪動(dòng)(即j--)徽鼎,直到找到一個(gè)小于6的數(shù)停下來。接下來哨兵i再一步一步向右挪動(dòng)(即i++)弹惦,直到找到一個(gè)數(shù)大于6的數(shù)停下來否淤。最后哨兵j停在了數(shù)字5面前,哨兵i停在了數(shù)字7面前肤频。


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現(xiàn)在交換哨兵i和哨兵j所指向的元素的值叹括。交換之后的序列如下:

6 1 2 5 9 3 4 7 10 8
到此,第一次交換結(jié)束宵荒。接下來開始哨兵j繼續(xù)向左挪動(dòng)(再友情提醒汁雷,每次必須是哨兵j先出發(fā))。他發(fā)現(xiàn)了4(比基準(zhǔn)數(shù)6要小报咳,滿足要求)之后停了下來侠讯。哨兵i也繼續(xù)向右挪動(dòng)的,他發(fā)現(xiàn)了9(比基準(zhǔn)數(shù)6要大暑刃,滿足要求)之后停了下來厢漩。此時(shí)再次進(jìn)行交換,交換之后的序列如下:
6 1 2 5 4 3 9 7 10 8

第二次交換結(jié)束岩臣,“探測”繼續(xù)溜嗜。哨兵j繼續(xù)向左挪動(dòng),他發(fā)現(xiàn)了3(比基準(zhǔn)數(shù)6要小架谎,滿足要求)之后又停了下來炸宵。哨兵i繼續(xù)向右移動(dòng),糟啦谷扣!此時(shí)哨兵i和哨兵j相遇了土全,哨兵i和哨兵j都走到3面前。說明此時(shí)“探測”結(jié)束。我們將基準(zhǔn)數(shù)6和3進(jìn)行交換裹匙。交換之后的序列如下:
3 1 2 5 4 6 9 7 10 8


image.png

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到此第一輪“探測”真正結(jié)束瑞凑。此時(shí)以基準(zhǔn)數(shù)6為分界點(diǎn),6左邊的數(shù)都小于等于6概页,6右邊的數(shù)都大于等于6籽御。回顧一下剛才的過程绰沥,其實(shí)哨兵j的使命就是要找小于基準(zhǔn)數(shù)的數(shù)篱蝇,而哨兵i的使命就是要找大于基準(zhǔn)數(shù)的數(shù),直到i和j碰頭為止徽曲。

OK,解釋完畢◆锶現(xiàn)在基準(zhǔn)數(shù)6已經(jīng)歸位秃臣,它正好處在序列的第6位。此時(shí)我們已經(jīng)將原來的序列哪工,以6為分界點(diǎn)拆分成了兩個(gè)序列奥此,左邊的序列是“3 1 2 5 4”,右邊的序列是“9 7 10 8”雁比。接下來還需要分別處理這兩個(gè)序列。因?yàn)?左邊和右邊的序列目前都還是很混亂的蠢终。不過不要緊寻拂,我們已經(jīng)掌握了方法丈牢,接下來只要模擬剛才的方法分別處理6左邊和右邊的序列即可。現(xiàn)在先來處理6左邊的序列現(xiàn)吧慌核。

左邊的序列是“3 1 2 5 4”垮卓。請將這個(gè)序列以3為基準(zhǔn)數(shù)進(jìn)行調(diào)整扒接,使得3左邊的數(shù)都小于等于3,3右邊的數(shù)都大于等于3碱呼。好了開始動(dòng)筆吧

如果你模擬的沒有錯(cuò)愚臀,調(diào)整完畢之后的序列的順序應(yīng)該是:
2 1 3 5 4

OK矾利,現(xiàn)在3已經(jīng)歸位男旗。接下來需要處理3左邊的序列“2 1”和右邊的序列“5 4”。對序列“2 1”以2為基準(zhǔn)數(shù)進(jìn)行調(diào)整茴厉,處理完畢之后的序列為“1 2”矾缓,到此2已經(jīng)歸位嗜闻。序列“1”只有一個(gè)數(shù)桅锄,也不需要進(jìn)行任何處理竞滓。至此我們對序列“2 1”已全部處理完畢,得到序列是“1 2”锯茄。序列“5 4”的處理也仿照此方法茶没,最后得到的序列如下:
1 2 3 4 5 6 9 7 10 8

對于序列“9 7 10 8”也模擬剛才的過程抓半,直到不可拆分出新的子序列為止。最終將會(huì)得到這樣的序列廊移,如下:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

到此,排序完全結(jié)束狡孔。細(xì)心的同學(xué)可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)苗膝,快速排序的每一輪處理其實(shí)就是將這一輪的基準(zhǔn)數(shù)歸位,直到所有的數(shù)都?xì)w位為止离唐,排序就結(jié)束了问窃。下面上個(gè)霸氣的圖來描述下整個(gè)算法的處理過程泡躯。


image.png
時(shí)間復(fù)雜度:

快速排序之所比較快,因?yàn)橄啾让芭菖判颍看谓粨Q是跳躍式的写穴。每次排序的時(shí)候設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)啊送,將小于等于基準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)全部放到基準(zhǔn)點(diǎn)的左邊欣孤,將大于等于基準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)全部放到基準(zhǔn)點(diǎn)的右邊。這樣在每次交換的時(shí)候就不會(huì)像冒泡排序一樣每次只能在相鄰的數(shù)之間進(jìn)行交換篷朵,交換的距離就大的多了声旺。因此總的比較和交換次數(shù)就少了腮猖,速度自然就提高了。當(dāng)然在最壞的情況下澈缺,仍可能是相鄰的兩個(gè)數(shù)進(jìn)行了交換。因此快速排序的最差時(shí)間復(fù)雜度和冒泡排序是一樣的都是O(n2)莱预,它的平均時(shí)間復(fù)雜度為O(NlogN)锁施。

代碼:
- (void)doQuicksort {
    int a[] = {7,1,3,5,8,10,9,2,4,6,19,22,0,33};
    int length = sizeof(a)/sizeof(a[0]);
    printf("%d \n",length);
    
    for(int i = 0; i < length; i++) {
        printf("%d ",a[I]);
    }
    printf("\n");
    
    quicksort(a,0,length-1);
    
    for(int j = 0; j < length; j++) {
        printf("%d ",a[j]);
    }
}

void quicksort(int a[], int left,int right) {
    if (left > right)
        return;
    
    int i,j,temp;
    
    temp = a[left];//基準(zhǔn)數(shù)
    i = left;
    j = right;
    
    while(i != j) {
        //順序很重要悉抵,要先從右邊開始找
        while(a[j] >= temp && i < j)
            j--;
        
        //再找右邊的
        while(a[i] <= temp && i < j)
            I++;
        
        //交換兩個(gè)數(shù)在數(shù)組中的位置
        if(i < j) {
            int t = a[I];
            a[i] = a[j];
            a[j] = t;
        }
    }
    
    //最終將基準(zhǔn)數(shù)歸位
    a[left] = a[I];
    a[i] = temp;
    
    quicksort(a,left,i-1);//繼續(xù)處理左邊的姥饰,這里是一個(gè)遞歸的過程
    quicksort(a,i+1,right);//繼續(xù)處理右邊的 孝治,這里是一個(gè)遞歸的過程
}

//輸出:
14 
7 1 3 5 8 10 9 2 4 6 19 22 0 33 
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 19 22 33 
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