快速排序算法的基本思想是
1.从数组中取出一个数,称之为基数(pivot)
2.遍历数组,将比基数大的数字放到它的右边,比基数小的数字放到它的左边。遍历完成后,数组被分成了左右两个区域
3.将左右两个区域视为两个数组,重复前两个步骤,直到排序完成
最简单的分区算法
分区的方式也有很多种,最简单的思路是:从 left 开始,遇到比基数大的数,就交换到数组最后,并将 right 减一,直到 left 和 right 相遇,此时数组就被分成了左右两个区域。再将基数和中间的数交换,返回中间值的下标即可。
cpp
void exchange(vector<int> arr, int i, int j)
{
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[j];
arr[j] = temp;
}
void quickSort(vector<int> arr, int start, int end)
{
// 如果区域内的数字少于 2 个,退出递归
if (start >= end) return;
// 将数组分区,并获得中间值的下标
int middle = partition(arr, start, end);
// 对左边区域快速排序
quickSort(arr, start, middle - 1);
// 对右边区域快速排序
quickSort(arr, middle + 1, end);
}
void quickSort(vector<int> arr) {
quickSort(arr, 0, arr.size() - 1);
}
// 将 arr 从 start 到 end 分区,左边区域比基数小,右边区域比基数大,然后返回中间值的下标
int partition(vector<int> arr, int start, int end) {
// 取第一个数为基数
int pivot = arr[start];
// 从第二个数开始分区
int left = start + 1;
// 右边界
int right = end;
// left、right 相遇时退出循环
while (left < right) {
// 找到第一个大于基数的位置
while (left < right && arr[left] <= pivot) left++;
// 交换这两个数,使得左边分区都小于或等于基数,右边分区大于或等于基数
if (left != right) {
exchange(arr, left, right);
right--;
}
}
// 如果 left 和 right 相等,单独比较 arr[right] 和 pivot
if (left == right && arr[right] > pivot) right--;
// 将基数和中间数交换
if (right != start) exchange(arr, start, right);
// 返回中间值的下标
return right;
}
双指针分区算法
除了上述的分区算法外,还有一种双指针的分区算法更为常用:从 left 开始,遇到比基数大的数,记录其下标;再从 right 往前遍历,找到第一个比基数小的数,记录其下标;然后交换这两个数。继续遍历,直到 left 和 right 相遇。然后就和刚才的算法一样了,交换基数和中间值,并返回中间值的下标。
cpp
void exchange(vector<int> arr, int i, int j)
{
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[j];
arr[j] = temp;
}
// 将 arr 从 start 到 end 分区,左边区域比基数小,右边区域比基数大,然后返回中间值的下标
int partition(vector<int> arr, int start, int end)
{
// 取第一个数为基数
int pivot = arr[start];
// 从第二个数开始分区
int left = start + 1;
// 右边界
int right = end;
while (left < right) {
// 找到第一个大于基数的位置
while (left < right && arr[left] <= pivot) left++;
// 找到第一个小于基数的位置
while (left < right && arr[right] >= pivot) right--;
// 交换这两个数,使得左边分区都小于或等于基数,右边分区大于或等于基数
if (left < right) {
exchange(arr, left, right);
left++;
right--;
}
}
// 如果 left 和 right 相等,单独比较 arr[right] 和 pivot
if (left == right && arr[right] > pivot) right--;
// 将基数和轴交换
exchange(arr, start, right);
return right;
}
void quickSort(vector<int> arr, int start, int end)
{
// 如果区域内的数字少于 2 个,退出递归
if (start >= end) return;
// 将数组分区,并获得中间值的下标
int middle = partition(arr, start, end);
// 对左边区域快速排序
quickSort(arr, start, middle - 1);
// 对右边区域快速排序
quickSort(arr, middle + 1, end);
}
void quickSort(vector<int> arr)
{
quickSort(arr, 0, arr.size() - 1);
}