快速排序講解

2021-08-28 04:10:21 字數 4030 閱讀 3576

高快省的排序演算法

有沒有既不浪費空間又可以快一點的排序演算法呢?那就是「快速排序」啦!光聽這個名字是不是就覺得很高階呢。

假設我們現在對「6  1  2 7  9  3  4  5 10  8」這個10個數進行排序。首先在這個序列中隨便找乙個數作為基準數(不要被這個名詞嚇到了,就是乙個用來參照的數,待會你就知道它用來做啥的了)。為了方便,就讓第乙個數6作為基準數吧。接下來,需要將這個序列中所有比基準數大的數放在6的右邊,比基準數小的數放在6的左邊,類似下面這種排列:

3  1  2 5  4  6  9 7  10  8

在初始狀態下,數字6在序列的第1位。我們的目標是將6挪到序列中間的某個位置,假設這個位置是k。現在就需要尋找這個k,並且以第k位為分界點,左邊的數都小於等於6,右邊的數都大於等於6。想一想,你有辦法可以做到這點嗎?

排序演算法顯神威

方法其實很簡單:分別從初始序列「6  1  2 7  9  3  4  5 10  8」兩端開始「探測」。先從右往左找乙個小於6的數,再從左往右找乙個大於6的數,然後交換他們。這裡可以用兩個變數i和j,分別指向序列最左邊和最右邊。我們為這兩個變數起個好聽的名字「哨兵i」和「哨兵j」。剛開始的時候讓哨兵i指向序列的最左邊(即i=1),指向數字6。讓哨兵j指向序列的最右邊(即=10),指向數字。

首先哨兵j開始出動。因為此處設定的基準數是最左邊的數,所以需要讓哨兵j先出動,這一點非常重要(請自己想一想為什麼)。詳細請見:和哨兵j一步一步地向左挪動(即j--),直到找到乙個小於6的數停下來。接下來哨兵i再一步一步向右挪動(即i++),直到找到乙個數大於6的數停下來。最後哨兵j停在了數字5面前,哨兵i停在了數字7面前。

現在交換哨兵i和哨兵j所指向的元素的值。交換之後的序列如下:

到此,第一次交換結束。接下來開始哨兵j繼續向左挪動(再友情提醒,每次必須是哨兵j先出發)。他發現了4(比基準數6要小,滿足要求)之後停了下來。哨兵i也繼續向右挪動的,他發現了9(比基準數6要大,滿足要求)之後停了下來。此時再次進行交換,交換之後的序列如下:

6  1  2 5  4  3  9  7 10  8

第二次交換結束,「探測」繼續。哨兵j繼續向左挪動,他發現了3(比基準數6要小,滿足要求)之後又停了下來。哨兵i繼續向右移動,糟啦!此時哨兵i和哨兵j相遇了,哨兵i和哨兵j都走到3面前。說明此時「探測」結束。我們將基準數6和3進行交換。交換之後的序列如下:

到此第一輪「探測」真正結束。此時以基準數6為分界點,6左邊的數都小於等於6,6右邊的數都大於等於6。回顧一下剛才的過程,其實哨兵j的使命就是要找小於基準數的數,而哨兵i的使命就是要找大於基準數的數,直到i和j碰頭為止。

ok,解釋完畢。現在基準數6已經歸位,它正好處在序列的第6位。此時我們已經將原來的序列,以6為分界點拆分成了兩個序列,左邊的序列是「3  1 2  5  4」,右邊的序列是「9  7  10  8」。接下來還需要分別處理這兩個序列。因為6左邊和右邊的序列目前都還是很混亂的。不過不要緊,我們已經掌握了方法,接下來只要模擬剛才的方法分別處理6左邊和右邊的序列即可。現在先來處理6左邊的序列現吧。

左邊的序列是「3  1  2 5  4」。請將這個序列以3為基準數進行調整,使得3左邊的數都小於等於3,3右邊的數都大於等於3。好了開始動筆吧

如果你模擬的沒有錯,調整完畢之後的序列的順序應該是:

2  1  3  5  4

ok,現在3已經歸位。接下來需要處理3左邊的序列「2 1」和右邊的序列「5 4」。對序列「2 1」以2為基準數進行調整,處理完畢之後的序列為「1 2」,到此2已經歸位。序列「1」只有乙個數,也不需要進行任何處理。至此我們對序列「2 1」已全部處理完畢,得到序列是「1 2」。序列「5 4」的處理也仿照此方法,最後得到的序列如下:

1  2  3 4  5  6 9  7  10  8

對於序列「9  7  10  8」也模擬剛才的過程,直到不可拆分出新的子串行為止。最終將會得到這樣的序列,如下

1  2  3 4  5  6  7  8 9  10

到此,排序完全結束。細心的同學可能已經發現,快速排序的每一輪處理其實就是將這一輪的基準數歸位,直到所有的數都歸位為止,排序就結束了。下面上個霸氣的圖來描述下整個演算法的處理過程。

這是為什麼呢?

快速排序之所比較快,因為相比氣泡排序,每次交換是跳躍式的。每次排序的時候設定乙個基準點,將小於等於基準點的數全部放到基準點的左邊,將大於等於基準點的數全部放到基準點的右邊。這樣在每次交換的時候就不會像氣泡排序一樣每次只能在相鄰的數之間進行交換,交換的距離就大的多了。因此總的比較和交換次數就少了,速度自然就提高了。

快速排序的穩定性與時間複雜度

快速排序穩定性

快速排序是不穩定的演算法,它不滿足穩定演算法的定義。

演算法穩定性 -- 假設在數列中存在a[i]=a[j],若在排序之前,a[i]在a[j]前面;並且排序之後,a[i]仍然在a[j]前面。則這個排序演算法是穩定的!

快速排序時間複雜度

快速排序的時間複雜度在最壞情況下是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,最多n次。

(01) 為什麼最少是lg(n+1)次?快速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。

(02) 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棵二叉樹,它的深度最大是n。因此,快讀排序的遍歷次數最多是n次(相鄰兩個數進行交換)。

#include int a[101],n;//定義全域性變數,這兩個變數需要在子函式中使用

void quicksort(int left,int right)

temp=a[left]; ///temp中存的就是基準數

i=left;

j=right;

while(i!=j)

while(a[i]<=temp && i

if(i

}a[left]=a[i]; ///最終將基準數歸位

a[i]=temp;

quicksort(left,i-1);///繼續處理左邊的,這裡是乙個遞迴的過程

quicksort(i+1,right);///繼續處理右邊的 ,這裡是乙個遞迴的過程

}int main()

quicksort(1,n); ///快速排序呼叫

for(i=1; i<=n; i++)///輸出排序後的結果

return 0;

}

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