快速排序分析

2021-09-27 02:34:11 字數 4144 閱讀 5178

快速排序,聽這個名字就能想到它排序速度比較快方法,是一種分治思想,現在各種語言中自帶的排序庫很多使用的都是快速排序。

快速排序是一種原地排序,只需要乙個很小的棧作為輔助空間,空間複雜度為o(log2n),所以適合在資料集比較大的時候使用。

時間複雜度比較複雜,最好的情況是o(n),最差的情況是o(n2),所以平時說的o(nlogn),為其平均時間複雜度。

隨機找出乙個數,可以隨機取,也可以取固定位置,一般是取第乙個或最後乙個稱為基準,然後就是比基準小的在左邊,比基準大的放到右邊,如何放做,就是和基準進行交換,這樣交換完左邊都是比基準小的,右邊都是比較基準大的,這樣就將乙個陣列分成了兩個子陣列,然後再按照同樣的方法把子陣列再分成更小的子陣列,直到不能分解為止。

下面這段是我從網上摘抄的,排序過程各種部落格文章例子也比較多了。

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?

方法其實很簡單,

1.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j=10),指向數字8。

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)。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。

2.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。

6  1  2  5  9  3  4  7  10  8

3.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。

3  1  2  5  4  6  9  7  10  8

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。

剩下的步驟就是重複上面的過程。

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

#快速排序 傳入列表、開始位置和結束位置

2 def quick_sort( li , start , end ):

3 # 如果start和end碰頭了,說明要我排的這個子數列就剩下乙個數了,就不用排序了

4 if not start < end :

5 return

6 7 mid = li[start] #拿出第乙個數當作基準數mid

8 low = start #low來標記左側從基準數始找比mid大的數的位置

9 high = end #high來標記右側end向左找比mid小的數的位置

10 11 # 我們要進行迴圈,只要low和high沒有碰頭就一直進行,當low和high相等說明碰頭了

12 while low < high :

13 #從high開始向左,找到第乙個比mid小或者等於mid的數,標記位置,(如果high的數比mid大,我們就左移high)

14 # 並且我們要確定找到之前,如果low和high碰頭了,也不找了

15 while low < high and li[high] > mid :

16 high -= 1

17 #跳出while後,high所在的下標就是找到的右側比mid小的數

18 #把找到的數放到左側的空位 low 標記了這個空位

19 li[low] = li[high]

20 # 從low開始向右,找到第乙個比mid大的數,標記位置,(如果low的數小於等於mid,我們就右移low)

21 # 並且我們要確定找到之前,如果low和high碰頭了,也不找了

22 while low < high and li[low] <= mid :

23 low += 1

24 #跳出while迴圈後low所在的下標就是左側比mid大的數所在位置

25 # 我們把找到的數放在右側空位上,high標記了這個空位

26 li[high] = li[low]

27 #以上我們完成了一次 從右側找到乙個小數移到左側,從左側找到乙個大數移動到右側

28 #當這個while跳出來之後相當於low和high碰頭了,我們把mid所在位置放在這個空位

29 li[low] = mid

30 #這個時候mid左側看的數都比mid小,mid右側的數都比mid大

31 32 #然後我們對mid左側所有數進行上述的排序

33 quick_sort( li , start, low-1 )

34 #我們mid右側所有數進行上述排序

35 quick_sort( li , low +1 , end )

36

37 38 #ok我們實踐一下

39 if __name__ == '__main__':

40 li = [5,4,3,2,1]

41 quick_sort(li , 0 , len(li) -1 )

42 print(li)

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