排序

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排序

2024-07-11 01:42| 来源: 网络整理| 查看: 265

概况

快速排序(Quick sort)是对冒泡排序的一种改进。快速排序由C. A. R. Hoare在1960年提出。

算法思路

通过一趟排序将要排序的数据分割成独立的两部分,其中一部分的所有数据都比另外一部分的所有数据都要小,然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序,整个排序过程可以递归进行,以此达到整个数据变成有序序列。

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或等于分界值,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。

概括来说为 挖坑填数 + 分治法。

图解算法

快速排序主要有三个参数,left 为区间的开始地址,right 为区间的结束地址,Key 为当前的开始的值。

我们从待排序的记录序列中选取一个记录(通常第一个)作为基准元素(称为key)key=arr[left],然后设置两个变量,left指向数列的最左部,right 指向数据的最右部。

第一步

key 首先与 arr[right] 进行比较,如果 arr[right]key则我们只需要将right--,right--之后,再拿arr[right]与key进行比较,直到arr[right] 6 ,所以停止移动当左右标记停止时,更改标记的数字因此,左标记 的作用是找到一个大于 pivot 的数字,右标记 的作用是找到一个小于 pivot 的数字通过交换数字,可以在数列的左边收集小于 pivot 的数字集合,右边收集大于 pivot 的数字集合交换之后,继续移动 左标记在这里,9 > 6 ,所以停止移动然后将右边的标记向左移动当 右标记 碰撞到 左标记 时也停止移动如果左右侧的标记停止时,并且都在同一个位置,将这个数字和 pivot 的数字交换这就完成了第一次操作小于 6 的都在 6 的左侧,大于 6 的都在 6 的右侧然后递归对这分成的两部分都执行同样的操作完成 快速排序 算法性能 时间复杂度 理想情况

如果足够理想,那我们期望每次都把数组都分成平均的两个部分,如果按照这样的理想情况分下去,我们最终能得到一个完全二叉树。如果排序 n 个数字,那么这个树的深度就是log_{2}n+1,如果我们将比较 n 个数的耗时设置为 T(n),那我们可以得到如下的公式

T(n) ≤ 2T(n/2) + n,T(1) = 0 T(n) ≤ 2(2T(n/4)+n/2) + n = 4T(n/4) + 2n T(n) ≤ 4(2T(n/8)+n/4) + 2n = 8T(n/8) + 3n ...... T(n) ≤ nT(1) + (log2n)×n = O(nlogn) 最坏情况

而在最坏的情况下,这个树是一个完全的斜树,只有左半边或者右半边。这时候我们的比较次数就变为\sum_{i=1}^{n-1}(n-i)=(n-1)+(n-2)+\cdots +1=\frac{n*(n-1)}{2}=O(n^{2})

空间复杂度 原地排序

原地快排的空间占用是递归造成的栈空间的使用,最好情况下是递归log_{2}n次,所以空间复杂度为O(long_{2}n),最坏情况下是递归 n-1 次,所以空间复杂度是O(n)

非原地排序

对于非原地排序,每次递归都要声明一个总数为n的额外空间,所以空间复杂度变为原地排序的n倍,即最好情况下O(nlog_{2}n),最差情况下O(n^{2})

稳定性

不稳定。

代码实现 C和C++ void QuickSort(int array[], int low, int high) { int i = low; int j = high; if(i >= j) { return; } int temp = array[low]; while(i != j) { while(array[j] >= temp && i < j) { j--; } while(array[i]


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