排序算法——快速排序
介绍
排序是非常基础的算法问题,快速排序又是排序中的经典,这里用简单易懂的方式阐述一下快速排序的思想与具体实现。
核心思想
快速排序的核心在于选择一个中轴点,将数组中所有的值与此中轴点比较,比中轴点小的移动到左侧,比中轴点大的移动到右侧,再将数组的左右侧进行递归,最后就可以得到排序完成的数组,这是一种典型的分治思想。
递归函数中的核心步骤:
- 选择中轴点;
- 遍历数组中的值与中轴点比较;
- 交换位置。
实现
先根据上面的思想,写出一个基本的函数结构:
/* * @param nums 需要排序的数组* @param left 左边界* @param right 右边界*/public static void quickSort(int[] nums, int left, int right) {//当前需要排序的范围小于1,结束递归 if (left < right) { //分片排序,并返回中轴点最终位置 int partition = partition(nums, left, right); quickSort(nums, left, partition-1); quickSort(nums, partition+1, right); }}
partition()
函数中主要做的事就是选取左侧点为中轴点,然后遍历left+1到right范围内的所有值,并与中轴点进行比较,根据比较结果进行交换。
选择一个中轴点,此处本文选择最左侧为中轴点(该点可以为任一点,不影响排序,为方便取值,选择最左侧)。
定义一个中轴点坐标标记index
,当遍历值大于中轴点时,index
不动;当遍历值大于中轴点时,index
进位,这样可以保证index
左侧的值永远小于中轴点,遍历完成后,中轴点与index-1
位置的值交换位置,此时可保证中轴点左侧均小于等于中轴点,右侧同理。
图解举例:
当前,有一个数组[10,7,23,12,7,1,3]
,p
为中轴点,i
为遍历点, index
为中轴点坐标标记点
p i10 7 23 12 7 1 3 index 7 10 //此时继续遍历pi10 7 23 12 7 1 3 index12 > 10 //此时继续遍历p i10 7 23 12 7 1 3 index7 < 10 //此时i和index处值进行交换,index进位p i10 7 7 12 23 1 3index1 < 10 //此时i和index处值进行交换,index进位p i10 7 7 1 23 12 3 index3 < 10 //此时i和index处值进行交换,index进位p i10 7 7 1 3 12 23 indexswap //中轴点与index-1位置交换 p i3 7 7 1 10 12 23 index
此时可以看出中轴点的左侧均小于等于中轴点,右侧均大于等于中轴点,根据这个思路,将左右两侧分别再次进行此方法排序,最终可得到排序完成的数组。
综上所述,partition()
函数应这样设计:
/* * @param nums 需要排序的数组* @param left 左边界* @param right 右边界*/public static int partition(int[] nums, int left, int right) { int pivot = left; int index = pivot + 1; for (int i = index; i <= right; i++) { if (nums[i] < nums[pivot]) { swap(nums, i, index); index++; } } swap(nums, pivot, index-1); return index-1;}
代码
public class QuickSort { public static void main(String[] args) { int[] nums = {10,7,23,12,7,1,3}; quickSort(nums, 0, nums.length-1); System.out.println(Arrays.toString(nums)); // [1, 3, 7, 7, 10, 12, 23] } public static void quickSort(int[] nums, int left, int right) { if (left < right) { int partition = partition(nums, left, right); quickSort(nums, left, partition-1); quickSort(nums, partition+1, right); } } public static int partition(int[] nums, int left, int right) { int pivot = left; int index = pivot + 1; for (int i = index; i <= right; i++) { if (nums[i] < nums[pivot]) { swap(nums, i, index); index++; } } swap(nums, pivot, index-1); return index-1; } public static void swap(int[] nums, int n1, int n2) { int temp; temp = nums[n1]; nums[n1] = nums[n2]; nums[n2] = temp; }}
总结
一个人的知识积累,往往从最基础开始,打好一个夯实的地基,日后才能盖起万丈摩天大楼,本文若有不对的地方,请在评论中指出,如果有更好的实现方法也欢迎分享,知识无界。