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【資料結構與演算法】 ---快速排序

快速排序流程:

1.從數列中挑出一個基準值

2.將所有比基準值小的擺放在基準前面,所有比基準值大的擺在後面(相同的數可以放到任一邊);在這個分割槽退出之後,該基準就處於數列的中間位置。

3.遞迴地把“基準值前面的子數列”和“基準值後面的子數列”進行排序。

 

下面以數列a={30,40,60,10,20,50}為例,演示它的快速排序過程(如下圖)。

上圖只是給出了第1趟快速排序的流程。在第1趟中,設定x=a[i],即x=30。
(01) 從"右 --> 左"查詢小於x的數:找到滿足條件的數a[j]=20,此時j=4;然後將a[j]賦值a[i],此時i=0;接著從左往右遍歷。
(02) 從"左 --> 右"查詢大於x的數:找到滿足條件的數a[i]=40,此時i=1;然後將a[i]賦值a[j],此時j=4;接著從右往左遍歷。
(03) 從"右 --> 左"查詢小於x的數:找到滿足條件的數a[j]=10,此時j=3;然後將a[j]賦值a[i],此時i=1;接著從左往右遍歷。
(04) 從"左 --> 右"查詢大於x的數:找到滿足條件的數a[i]=60,此時i=2;然後將a[i]賦值a[j],此時j=3;接著從右往左遍歷。
(05) 從"右 --> 左"查詢小於x的數:沒有找到滿足條件的數。當i>=j時,停止查詢;然後將x賦值給a[i]。此趟遍歷結束!

按照同樣的方法,對子數列進行遞迴遍歷。最後得到有序陣列!

java程式碼如下:

package poi;

public class quickSort {
	/**
	 * 快速排序
	 * 
	 * 引數說明:
	 *
	 * @param a   待排序的陣列
	 * @param m   陣列的左邊界(例如,從其實位置開始排序,則m=0)
	 * @param n   陣列的有邊界  (例如:排序截至到陣列的末尾,則r=a.length-1)
	 */
        public static void quickSort(int[] a,int m,int n) {
        	//如果陣列的左邊界小於有邊界
        	 if(m<n) {
        		 int i,j,x;
        		 i = m;//將陣列左邊界賦值給i
        		 j = n;//將陣列有邊界賦值給j
        		 x = a[i];//選中x值
        		 System.out.println("i:"+i+",j:"+j+",x:"+x);
        		 while(i<j) {//當陣列左邊界的下標小於右邊界的下標
        			  while(i<j && a[j]>x)
        				  j--; //從右往左找第一個小於x的數
        			  if(i<j){
        				 
        				  a[i++] = a[j];//將從右邊往左邊找到第一個小於x的數,賦值給a[i++]
        				  
        			  }
        			  while(i<j && a[i]<x)
        				  i++; //從左向右找到第一個大於x的數
        			  if(i<j) {
        				  a[j--]=a[i];
        			  }
        			 
        		 }
        		 a[i] = x;
        		quickSort(a,m,i-1);//對子數列呼叫遞迴
        		 quickSort(a,i+1,n);
        	 }
        }
        
        public static void main(String[] args) {
        	int i;
        	int a[] = {30,40,60,10,20,50};
        	quickSort(a,0,a.length-1);
        	for(i=0;i<a.length;i++) {
        		System.out.println(a[i]);
        	}
        }
     
}




快速排序的時間複雜度和穩定性

   快讀排序的穩定性

 快讀排序是不穩定的演算法,它不滿足穩定演算法的定義。

 快速排序時間複雜度

  快速排序的時間複雜度在最壞的情況下是O(N²),平均的時間複雜度是O(N*lgN).

 這句話很好理解:假設被排序的數列中有N個數。遍歷一次的時間複雜度是O(N),需要遍歷多少次呢?至少lg(N+1)次,最對N次。

1)為什麼最少是lg(N+1)次?快讀排序是採用的分治法進行遍歷的,我們將它看作一棵二叉樹,它需要遍歷的次數就是二叉樹的深度,而根據完全二叉樹的定義,它的深度至少是lg(N+1)。因此,快速排序的遍歷次數最少是lg(N+1)次。

2)為什麼最多是N次?這個應該非常簡單,還是將快速排序看作一顆二叉樹,它的深度最大是N。因此,快宿排序的遍歷次數最多是N次。