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排序算法图解之Java快速排序的分步刨析

2022-11-13 19:31

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1.快速排序简介

快速排序是对冒泡排序的一种改进。基本思想为：通过一趟排序将要排序的数据分割为独立的两个部分，其中一部分的所有数据比另外一部分的所有数据要小，然后按照此方法对这两部分分别进行快速排序，整个过程可以递归进行，以此达到整个数据变成有序序列。

2.思路简介及图解

快速排序算法通过多次比较和交换来实现排序，其排序流程如下：

(1)首先设定一个分界值，通过该分界值将数组分成左右两部分。

(2)将大于或等于分界值的数据集中到数组右边，小于分界值的数据集中到数组的左边。此时，左边部分中各元素都小于分界值，而右边部分中各元素都大于或等于分界值。

(3)然后，左边和右边的数据可以独立排序。对于左侧的数组数据，又可以取一个分界值，将该部分数据分成左右两部分，同样在左边放置较小值，右边放置较大值。右侧的数组数据也可以做类似处理。

(4)重复上述过程，可以看出，这是一个递归定义。通过递归将左侧部分排好序后，再递归排好右侧部分的顺序。当左、右两个部分各数据排序完成后，整个数组的排序也就完成了。

光看思路简介其实还不是很好理解，下面来举例说明

一般情况下，我们会把数组中的一个数当作基准数（方便起见，会将数组最左边的当作基准数），然后从两边进行检索。按照如下步骤进行：

先从右边检索比基准数小的
再从左边检索比基准数大的
一旦检索到，就停下，并将检索到的两个元素进行交换
重复上述步骤，直到检索相遇，则替换基准数，并更新区间，递归进行
最终序列会变得有序

思路图解：

该图出自网络，方便起见就以序列：{6，1，8，0，0，9，5，3，7} 为例子

具体分析一下第一趟排序：以6为基准数的步骤

1.红色块标识基准数，left、right初始位置如图所示：

2.right不断向左移动，寻找比基准数小的数，如图所示，找到了3

3.此时left开始移动，不断向右移动，寻找比基准数大的数，找到了8，这时，left、right都找到了对应的数，进行交换：

4.right继续向左寻找比基准数6小的数，找到后，left继续向右寻找比基准数大的数，当left与right都找到对应的数后，再次进行交换。

5.重复上述步骤，right继续向左走，但是此时，left与right相遇，指向了5的位置，则将基准数与该位置的数进行交换，这样就可以观察到，6的左边都是比6小的，右边都是比6大的。

6.该过程需要递归进行，直到序列有序。即以5为基准数，递归6左边的区间，再递归右边的，反复进行，直到left >right退出。

3.实现代码及运行结果

import java.util.Arrays;


public class QuickSort {

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {6,1,8,0,0,9,5,3,7};
        quickSort(arr, 0, arr.length-1);
        System.out.println("排序后: " + Arrays.toString(arr));
    }

    //快速排序
    public static void quickSort(int[] arr, int left, int right) {
        //边界条件
        if (left > right){
            return;
        }

        //定义基准数和左右指针
        int l = left;
        int r = right;
        int base = arr[left];

        //循环，将比基准数小的放在左边，比基准数大的放在右边
        while (l != r){
            //先从右边找比基准数小的，停下
            while (arr[r] >= base && l < r){
                r--;
            }
            //从左边找比基准数大的，停下
            while (arr[l] <= base && l < r){
                l++;
            }
            //此时已经找到对应的l 和 r，进行交换
            int temp = arr[l];
            arr[l] = arr[r];
            arr[r] = temp;
        }
        //至此，基准数两边都按照需要排好了，只需要将基准数与lr相遇的位置进行交换
        arr[left] = arr[l];
        arr[l] = base;
        //打印中间结果
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
        //先向左找
        quickSort(arr, left, r-1);
        //向右递归
        quickSort(arr, l+1, right);
    }
}

实现结果：