高级程序员的腾飞之路：快速排序的使用

以你之姓@ 2022-01-26 05:15 150阅读 0赞

### 下面来介绍一下快速排序在各语言中的使用，请大家多多参考，有所疏漏之处，请多多包涵！ ###

快速排序是由东尼·霍尔所发展的一种排序算法。在平均状况下，排序 n 个项目要 Ο(nlogn) 次比较。在最坏状况下则需要 Ο(n2) 次比较，但这种状况并不常见。事实上，快速排序通常明显比其他 Ο(nlogn) 算法更快，因为它的内部循环（inner loop）可以在大部分的架构上很有效率地被实现出来。

快速排序使用分治法（Divide and conquer）策略来把一个串行（list）分为两个子串行（sub-lists）。

快速排序又是一种分而治之思想在排序算法上的典型应用。本质上来看，快速排序应该算是在冒泡排序基础上的递归分治法。

快速排序的名字起的是简单粗暴，因为一听到这个名字你就知道它存在的意义，就是快，而且效率高！它是处理大数据最快的排序算法之一了。虽然 Worst Case 的时间复杂度达到了 O(n²)，但是人家就是优秀，在大多数情况下都比平均时间复杂度为 O(n logn) 的排序算法表现要更好，可是这是为什么呢，我也不知道。好在我的强迫症又犯了，查了 N 多资料终于在《算法艺术与信息学竞赛》上找到了满意的答案：

### 快速排序的最坏运行情况是 O(n²)，比如说顺序数列的快排。但它的平摊期望时间是 O(nlogn)，且 O(nlogn) 记号中隐含的常数因子很小，比复杂度稳定等于 O(nlogn) 的归并排序要小很多。所以，对绝大多数顺序性较弱的随机数列而言，快速排序总是优于归并排序。 ###

### 1.、算法步骤 ###

1.  从数列中挑出一个元素，称为 "基准"（pivot）;
2.  重新排序数列，所有元素比基准值小的摆放在基准前面，所有元素比基准值大的摆在基准的后面（相同的数可以到任一边）。在这个分区退出之后，该基准就处于数列的中间位置。这个称为分区（partition）操作；
3.  递归地（recursive）把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序。

## 2、代码实现 ##

### JavaScript实例 ###

### Python实例 ###

def quickSort(arr, left=None, right=None):
        left = 0 if not isinstance(left,(int, float)) else left
        right = len(arr)-1 if not isinstance(right,(int, float)) else right
        if left < right:
            partitionIndex = partition(arr, left, right)
            quickSort(arr, left, partitionIndex-1)
            quickSort(arr, partitionIndex+1, right)
        return arr
    
    def partition(arr, left, right):
        pivot = left
        index = pivot+1
        i = index
        while  i <= right:
            if arr[i] < arr[pivot]:
                swap(arr, i, index)
                index+=1
            i+=1
        swap(arr,pivot,index-1)
        return index-1
    
    def swap(arr, i, j):
        arr[i], arr[j] = arr[j], arr[i]

### Go实例 ###

func quickSort(arr []int) []int {
            return _quickSort(arr, 0, len(arr)-1)
    }
    
    func _quickSort(arr []int, left, right int) []int {
            if left < right {
                    partitionIndex := partition(arr, left, right)
                    _quickSort(arr, left, partitionIndex-1)
                    _quickSort(arr, partitionIndex+1, right)
            }
            return arr
    }
    
    func partition(arr []int, left, right int) int {
            pivot := left
            index := pivot + 1
    
            for i := index; i <= right; i++ {
                    if arr[i] < arr[pivot] {
                            swap(arr, i, index)
                            index += 1
                    }
            }
            swap(arr, pivot, index-1)
            return index - 1
    }
    
    func swap(arr []int, i, j int) {
            arr[i], arr[j] = arr[j], arr[i]
    }

### C++实例 ###

//严蔚敏《数据结构》标准分割函数
     Paritition1(int A[], int low, int high) {
       int pivot = A[low];
       while (low < high) {
         while (low < high && A[high] >= pivot) {
           --high;
         }
         A[low] = A[high];
         while (low < high && A[low] <= pivot) {
           ++low;
         }
         A[high] = A[low];
       }
       A[low] = pivot;
       return low;
     }
    
     void QuickSort(int A[], int low, int high) //快排母函数
     {
       if (low < high) {
         int pivot = Paritition1(A, low, high);
         QuickSort(A, low, pivot - 1);
         QuickSort(A, pivot + 1, high);
       }
     }

### Java实例 ###

public class QuickSort implements IArraySort {
    
        @Override
        public int[] sort(int[] sourceArray) throws Exception {
            // 对 arr 进行拷贝，不改变参数内容
            int[] arr = Arrays.copyOf(sourceArray, sourceArray.length);
    
            return quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
        }
    
        private int[] quickSort(int[] arr, int left, int right) {
            if (left < right) {
                int partitionIndex = partition(arr, left, right);
                quickSort(arr, left, partitionIndex - 1);
                quickSort(arr, partitionIndex + 1, right);
            }
            return arr;
        }
    
        private int partition(int[] arr, int left, int right) {
            // 设定基准值（pivot）
            int pivot = left;
            int index = pivot + 1;
            for (int i = index; i <= right; i++) {
                if (arr[i] < arr[pivot]) {
                    swap(arr, i, index);
                    index++;
                }
            }
            swap(arr, pivot, index - 1);
            return index - 1;
        }
    
        private void swap(int[] arr, int i, int j) {
            int temp = arr[i];
            arr[i] = arr[j];
            arr[j] = temp;
        }
    
    }

### PHP实例 ###

function quickSort($arr)
    {
        if (count($arr) <= 1)
            return $arr;
        $middle = $arr[0];
        $leftArray = array();
        $rightArray = array();
    
        for ($i = 1; $i < count($arr); $i++) {
            if ($arr[$i] > $middle)
                $rightArray[] = $arr[$i];
            else
                $leftArray[] = $arr[$i];
        }
        $leftArray = quickSort($leftArray);
        $leftArray[] = $middle;
    
        $rightArray = quickSort($rightArray);
        return array_merge($leftArray, $rightArray);
    }

### C实例 ###

typedef struct _Range {
        int start, end;
    } Range;
    
    Range new_Range(int s, int e) {
        Range r;
        r.start = s;
        r.end = e;
        return r;
    }
    
    void swap(int *x, int *y) {
        int t = *x;
        *x = *y;
        *y = t;
    }
    
    void quick_sort(int arr[], const int len) {
        if (len <= 0)
            return; // 避免len等於負值時引發段錯誤（Segment Fault）
        // r[]模擬列表,p為數量,r[p++]為push,r[--p]為pop且取得元素
        Range r[len];
        int p = 0;
        r[p++] = new_Range(0, len - 1);
        while (p) {
            Range range = r[--p];
            if (range.start >= range.end)
                continue;
            int mid = arr[(range.start + range.end) / 2]; // 選取中間點為基準點
            int left = range.start, right = range.end;
            do {
                while (arr[left] < mid) ++left;   // 檢測基準點左側是否符合要求
                while (arr[right] > mid) --right; //檢測基準點右側是否符合要求
                if (left <= right) {
                    swap(&arr[left], &arr[right]);
                    left++;
                    right--;               // 移動指針以繼續
                }
            } while (left <= right);
            if (range.start < right) r[p++] = new_Range(range.start, right);
            if (range.end > left) r[p++] = new_Range(left, range.end);
        }
    }