快速排序(动图单趟展示)

2024-10-09 16:15:38 浏览数 (4)

快速排序的由来

快速排序是由英国计算机科学家 Tony Hoare 在1960年提出的。当时,Hoare是一名在英国皇家空军的研究员,他发表了一篇名为《Algorithm 64: Quicksort》的论文,详细介绍了这种排序算法。

在那篇论文中,Hoare描述了一种高效的排序算法,他称之为“快速排序”。这个算法的思想相对简单,但却非常高效。Hoare提出的快速排序在当时引起了广泛的关注,并且被证明是一种非常有效的排序算法,因为它的平均时间复杂度为 O(n log n),并且在实际应用中表现出色。

快速排序的成功,使得它成为了计算机科学领域中最经典、最常用的排序算法之一。它被广泛应用于各种编程语言的标准库中,同时也是计算机科学课程中的一个重要主题。

快速排序的思想

假设我们排升序 快速排序需要选定一个基准作为key然后将左边区间的数调为比key小,将右边区间的数调为比key大,然后对左右区间进行递归分治,具体是怎么做到的呢? 动图展示:

这里最后key移到了L和R相遇的位置,从动图中可以看到,如果我选择首元素作为基准的话,那么我们就得让R先移动,这样才能保证R和L相遇的位置比key小,这里我们来证明一下: 假设有两种情况: 1.L遇R:首先R先移动的话,当R遇到比key小的就停止,意思就是L遇R的话,R必须先停止才能让L遇R,又因为R停下来的数比key要小,所以当L遇到R的时候一定能保证相遇的位置比key小。 1.R遇L: 分两种情况: 第一种也是最容易想到的一种:当R向右移动一直没有找到比key小的最后R和key重合,这也是一种情况。 第二种情况:当R移到一个比key小的元素的时候停下来了,然后L遇到了比key大的元素也停下来了,然后两个元素进行交换,交换了之后R又移动,R移动,假设与L相遇了,那么相遇的地方也是上一轮交换过去比key小的数。 所以基于这两种情况的讨论,我们可以简单的得出:R和L相遇的位置肯定比Key小

注意:以上分析是建立在排升序的基础上讨论的

快速排序的实现

注意:我们上面实现的是单趟排序 接下来我们将对剩下的两个区间进行讨论:

由于L和R移动了,所以我们提前需要把L和R的初始位置保存起来,这样方便后面进行递归,可以用变量begin来保存L,用变量end来保存R的初始位置。

用变量保存了L和R的初始位置之后,就分成了两个区间,[begin,key-1][key 1,end],接下来递归的思路就清晰了,我们可以不断进行分治直到区间的长度为0就是L==R还有就是L>R也是也是停止的情况 准备工作完了,接下来完成代码:

代码语言:javascript复制
void QuickSort(int* a, int left, int right)
{
	int key = left;
	while (left < right)
	{
		while (a[right] >= a[key])
		{
			right--;
		}
		while (a[left] <= a[key])
		{
			left  ;
		}
		Swap(&a[left], &a[right]);
	}
	Swap(&a[key], &a[right]);
}

基本框架就是如上代码,接下来来完善递归部分:

代码语言:javascript复制
void QuickSort(int* a, int left, int right)
{
	if (left >= right)
	{
		return;
	}
	int begin = left;
	int end = right;
	int key = left;
	while (left < right)
	{
		while (a[right] >= a[key])
		{
			right--;
		}
		while (a[left] <= a[key])
		{
			left  ;
		}
		Swap(&a[left], &a[right]);
	}
	Swap(&a[key], &a[right]);
	key = left;
	QuickSort(a, begin, key);
	QuickSOrt(a, key, end);
}

上面代码就是一个完整的快速排序。

总结

总的来说快速排序是一个非常经典的排序算法,在实用性方面有很大的价值,C语言的库函数qsort也是利用的快速排序,快速排序具有很重要的学习价值

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