排序算法之快速排序

简介

快速排序是由冒泡排序演变而来，比冒泡排序更快的排序算法。之所以快，是因为快速排序用了分治法。

相同的是，与冒泡排序一样，快速排序也属于交换排序，通过元素之间的比较和交换来排序。

不同的是，冒泡排序每一轮只把一个元素冒泡到数列的一端，而快速排序每轮挑选一个基准元素，让比它小的元素移动到一端，让比它大的元素移动到另一端，从而把数列拆解成两个部分。

算法解析

双循环

1. 基准线选择：一般使用头节点的值作为基准线
2. 元素交换：使用两个下标，分别向中间移动，停止时进行元素交换
3. 分治：当循环结束，根据停止时的下标分割数组，递归调用
   

单循环

1. 基准线选择：一般使用头节点的值作为基准线
2. 元素交换：定义mark 标记，循环向右侧移动，直到元素比基准线小，则mark标记+1，并交换
3. 分治：当循环结束，根据停止时的下标分割数组，递归调用
   

代码实现

package com.zh.sort;


/**
 * 快排分两种：
 * 1. 双循环排序 ： 从列表两端循环
 * 2. 单循环排序 ： 从列表一段循环
 */
public class QuickSort {


    public void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
        if (low < high) {
            // 找到基准值的位置
            int pivotIndex = doublePartition(arr, low, high);
            // 对基准值左边的子数组进行快速排序
            quickSort(arr, low, pivotIndex - 1);
            // 对基准值右边的子数组进行快速排序
            quickSort(arr, pivotIndex + 1, high);
        }
    }

    /**
     * 双循环排序法
     * @param arr
     * @param low
     * @param high
     * @return
     */
    private int doublePartition(int[] arr, int low, int high){
        // 定义基准线
        int p = arr[low];
        // 左指针
        int l = low;
        // 右指针
        int r = high;
        while (l < r){
            while (l < r && arr[r] >= p){
                r--;
            }
            while (l < r && arr[l] <= p){
                l++;
            }
            if (l < r){
                swap(arr, l, r);
            }
        }
        arr[low] = arr[l];
        arr[l] = p;
        return l;
    }
    
 	/**
     * 单循环排序法
     * @param arr
     * @param low
     * @param high
     * @return
     */
    private int partition(int[] arr, int low, int high) {
        // 选择最后一个元素作为基准值
        int pivot = arr[low];
        int mark = low;
        for (int j = low + 1; j <= high; j++) {
            // 如果当前元素小于基准值，则将其与i指向的元素交换位置
            if (arr[j] < pivot) {
                mark++;
                swap(arr, mark, j);
            }
            printArr(arr);
        }
        // 将基准值放到正确的位置
        arr[low] = arr[mark];
        arr[mark] = pivot;
        return mark;
    }

    private void swap(int[] arr, int i, int j) {
        int temp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = temp;
    }

    private void printArr(int[] arr){
        for (int num : arr) {
            System.out.print(num + " ");
        }
        System.out.println(" ------------------- ");
    }
}

测试调用

public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {3, 4, 2, 1, 5};
        QuickSort qs = new QuickSort();
        qs.quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
        for (int num : arr) {
            System.out.print(num + " ");
        }
    }