算法通关村-----快速排序的原理和实现

快速排序介绍

快速排序是一种经典高效的排序方法,是分治策略在排序上的具体体现。将一个大的待排序列分割成若干个小的有序序列,最终将各个小的有序序列合并成一个大的有序序列。

快速排序的实现原理

选择一个基准值,将小于基准值的元素放在基准值左侧,大于基准值的元素放在基准值右侧,基准值放在中间。基准值可以选择待排序列的第一个元素,最后一个元素,中间元素,也可以选择三者的中位数提高快排效率。一轮快速排序后,基准值已经有序,之后对基准值两侧的数据分别进行快排,这是一个递归的过程,最终整个序列有序。整个过程类似于树的前序遍历,每一轮的过程使用双指针,所以快排本质上是树的前序遍历+双指针。

快速排序的具体实现

基准值选择不同,代码实现不同,但本质上都是树的前序遍历+双指针

选择第一个元素作为基准值代码实现

代码实现

java 复制代码
public void quickSort(int[] array, int left, int right) {
    if (left < right) {
        int pivot = array[left];
        int i = right + 1;
        for (int j = right; j > left; j--) {
            if (array[j] > pivot) {
                i--;
                int temp = array[i];
                array[i] = array[j];
                array[j] = temp;
            }
        }
        int pivotIndex = i - 1;
        int temp = array[pivotIndex];
        array[pivotIndex] = array[left];
        array[left] = temp;
        quickSort(array, left, pivotIndex - 1);
        quickSort(array, pivotIndex + 1, right);
    }
}

选择最后一个元素作为基准值代码实现

代码实现

java 复制代码
public void quickSort(int[] array, int left, int right) {
    if (left < right) {
        int pivot = array[right];
        int i = left - 1;
        for (int j = left; j < right; j++) {
            if (array[j] < pivot) {
                i++;
                int temp = array[i];
                array[i] = array[j];
                array[j] = temp;
            }
        }
        int pivotIndex = i + 1;
        int temp = array[pivotIndex];
        array[pivotIndex] = array[right];
        array[right] = temp;
        quickSort(array, left, pivotIndex - 1);
        quickSort(array, pivotIndex + 1, right);
    }
}

选择中值作为基准值代码实现

代码实现

java 复制代码
public static void quickSort(int[] array, int start, int end) {
    if (start >= end) {
        return;
    }
    int left = start;
    int right = end;
    int mid = (left + right) / 2;
    int pivot = array[mid];
    while (left <= right) {
        while (left <= right && array[left] < pivot) {
            left++;
        }
        while (left <= right && array[right] > pivot) {
            right--;
        }
        if (left <= right) {
            int temp = array[left];
            array[left] = array[right];
            array[right] = temp;
            left++;
            right--;
        }
    }
    quickSort(array, start, right);
    quickSort(array, left, end);
}

快速排序复杂度分析

时间复杂度:

平均情况下:O(n log n)。在平均情况下,快速排序通常具有优秀的性能。每次分割都将数组分为两部分,每部分的大小约为原数组的一半。因此,在进行 log n 次递归后,每个子数组都会被完全排序,总的时间复杂度是 O(n log n)。

最坏情况下:O(n^2)。最坏情况发生在选择基准值不平衡的情况下,导致每次分割只能减少一个元素。例如,如果数组已经有序或接近有序,且始终选择第一个元素作为基准值,那么就会出现最坏情况。为了避免最坏情况,可以使用随机选择基准值或者三数取中法等策略。

最好情况下:O(n )。最好情况发生在数组有序

空间复杂度

快速排序是一种原地排序算法,不需要额外的内存空间,因此其空间复杂度是 O(1)。

稳定性

快速排序是不稳定的排序算法,即相等元素的相对顺序可能在排序后改变。

相关推荐
a_j58几秒前
算法与数据结构(环形链表)
数据结构·链表
粉032124 分钟前
Keeppalived 实现Nginx 的高可用集群
java·服务器·nginx
路在脚下@41 分钟前
Java使用Redisson实现布隆过滤器
java·spring boot
东方芷兰43 分钟前
算法笔记 04 —— 算法初步(下)
c++·笔记·算法
JNU freshman1 小时前
图论 之 迪斯科特拉算法求解最短路径
算法·图论
魔道不误砍柴功1 小时前
Java中的Stream API:从入门到实战
java·windows·python
晚安7201 小时前
idea添加web工程
java·前端·intellij-idea
xinghuitunan1 小时前
时间转换(acwing)c/c++/java/python
java·c语言·c++·python
青松@FasterAI1 小时前
【NLP算法面经】本科双非,头条+腾讯 NLP 详细面经(★附面题整理★)
人工智能·算法·自然语言处理
八月五1 小时前
Java并发编程——ThreadLocal
java·并发编程