白话经典算法系列之六快速排序快速搞定

柔光的暖阳◎ 2023-06-18 06:58 93阅读 0赞

快速排序由于排序效率在同为O(N\*logN)的几种排序方法中效率较高，因此经常被采用，再加上快速排序思想----**分治法**也确实实用，因此很多软件公司的笔试面试，包括像腾讯，微软等知名IT公司都喜欢考这个，还有大大小的程序方面的考试如软考，考研中也常常出现快速排序的身影。  
总的说来，要直接默写出快速排序还是有一定难度的，因为本人就自己的理解对快速排序作了下白话解释，希望对大家理解有帮助，达到快速排序，快速搞定。

快速排序是C.R.A.Hoare于1962年提出的一种划分交换排序。它采用了一种分治的策略，通常称其为分治法(Divide-and-ConquerMethod)。

该方法的基本思想是：

> 1．先从数列中取出一个数作为基准数。
> 
> 2．分区过程，将比这个数大的数全放到它的右边，小于或等于它的数全放到它的左边。
> 
> 3．再对左右区间重复第二步，直到各区间只有一个数。

虽然快速排序称为分治法，但分治法这三个字显然无法很好的概括快速排序的全部步骤。因此我的对快速排序作了进一步的说明：**挖坑填数+分治法**

先来看实例吧，定义下面再给出（最好能用自己的话来总结定义，这样对实现代码会有帮助）。

以一个数组作为示例，取区间第一个数为基准数。

初始时，i = 0;  j = 9;   X = a\[i\] = 72

由于已经将a\[0\]中的数保存到X中，可以理解成在数组a\[0\]上挖了个坑，可以将其它数据填充到这来。

从j开始向前找一个比X小或等于X的数。当j=8，符合条件，将a\[8\]挖出再填到上一个坑a\[0\]中。a\[0\]=a\[8\]; i++;  这样一个坑a\[0\]就被搞定了，但又形成了一个新坑a\[8\]，这怎么办了？简单，再找数字来填a\[8\]这个坑。这次从i开始向后找一个大于X的数，当i=3，符合条件，将a\[3\]挖出再填到上一个坑中a\[8\]=a\[3\]; j--;

数组变为：

i = 3;   j = 7;   X=72

再重复上面的步骤，**先从后向前找，再从前向后找**。

从j开始向前找，当j=5，符合条件，将a\[5\]挖出填到上一个坑中，a\[3\] = a\[5\]; i++;

从i开始向后找，当 i=5 时，由于 i==j 退出。

此时，i = j = 5，而a\[5\]刚好又是上次挖的坑，因此将X填入a\[5\]。

数组变为：

可以**看出a\[5\]前面的数字都小于它，a\[5\]后面的数字都大于它**。因此再对 a\[0…4\] 和 a\[6…9\] 这二个子区间**重复**上述步骤就可以了。

对挖坑填数进行总结

> 1．i =L; j = R; 将基准数挖出形成第一个坑a\[i\]。
> 
> 2．j--由后向前找比它小的数，找到后挖出此数填前一个坑a\[i\]中。
> 
> 3．i++由前向后找比它大的数，找到后也挖出此数填到前一个坑a\[j\]中。
> 
> 4．再重复执行2，3二步，直到i==j，将基准数填入a\[i\]中。

照着这个总结很容易实现挖坑填数的代码：

int AdjustArray(int s[], int l, int r) //返回调整后基准数的位置
 {
 	int i = l, j = r;
 	int x = s[l]; //s[l]即s[i]就是第一个坑
 	while (i < j)
 	{
 		// 从右向左找小于x的数来填s[i]
 		while(i < j && s[j] >= x) 
 			j--; 
 		if(i < j) 
 		{
 			s[i] = s[j]; //将s[j]填到s[i]中，s[j]就形成了一个新的坑
 			i++;
 		}
 
 		// 从左向右找大于或等于x的数来填s[j]
 		while(i < j && s[i] < x)
 			i++; 
 		if(i < j) 
 		{
 			s[j] = s[i]; //将s[i]填到s[j]中，s[i]就形成了一个新的坑
 			j--;
 		}
 	}
 	//退出时，i等于j。将x填到这个坑中。
 	s[i] = x;
 
 	return i;
 }

再写分治法的代码：

void quick_sort1(int s[], int l, int r)
 {
 	if (l < r)
 {
 		int i = AdjustArray(s, l, r);//先成挖坑填数法调整s[]
 		quick_sort1(s, l, i - 1); // 递归调用 
 		quick_sort1(s, i + 1, r);
 	}
 }

这样的代码显然不够简洁，对其组合整理下：

//快速排序
 void quick_sort(int s[], int l, int r)
 {
 if (l < r)
 {
 		//Swap(s[l], s[(l + r) / 2]); //将中间的这个数和第一个数交换 参见注1
 int i = l, j = r, x = s[l];
 while (i < j)
 {
 while(i < j && s[j] >= x) // 从右向左找第一个小于x的数
 				j--; 
 if(i < j) 
 				s[i++] = s[j];
 			
 while(i < j && s[i] < x) // 从左向右找第一个大于等于x的数
 				i++; 
 if(i < j) 
 				s[j--] = s[i];
 }
 s[i] = x;
 quick_sort(s, l, i - 1); // 递归调用 
 quick_sort(s, i + 1, r);
 }
 }

快速排序还有很多改进版本，如随机选择基准数，区间内数据较少时直接用另的方法排序以减小递归深度。有兴趣的筒子可以再深入的研究下。

注1，有的书上是以中间的数作为基准数的，要实现这个方便非常方便，直接将中间的数和第一个数进行交换就可以了。