【数据结构】快速排序

5.1 hoare版本(左右指针法)

思路:

  1. 选择一个基准值(key),通常是最左边或最右边的元素。
  2. 定义两个指针:begin 和 end。begin 从左向右移动,end 从右向左移动。(注意:若选择最左边的元素作为 key,则应先移动 end;若选择最右边的元素作为 key,则应先移动 begin。)
  3. 在移动过程中:
    • 若 end 遇到小于 key 的数,则停止。
    • begin 开始移动,直到遇到大于 key 的数。
    • 交换 begin 和 end 指向的元素。
    • 重复上述步骤,直到 begin 和 end 相遇。
    • 最后,将相遇点的元素与 key 交换。(假设选取最左边的值作为 key)
  4. 此时,key 左侧的元素都小于 key,右侧的元素都大于 key。
  5. 对 key 的左序列和右序列递归执行上述排序过程。持续这一操作,直到左右序列只剩一个元素或不存在。此时,该部分序列已排序完成。

快排动图解析

c 复制代码
//快速排序   hoare版本(左右指针法)
void QuickSort(int* arr, int begin, int end
//只有一个数或区间不存在
if (begin >= end)
return;
int left = begin;
int right = end;
//选左边为key
int keyi = begin;
while (begin < end)
{
//右边选小   等号防止和key值相等    防止顺序begin和end越界
while (arr[end] >= arr[keyi] && begin < end)
{
--end;
}
//左边选大  
while (arr[begin] <= arr[keyi] && begin < end)
{
++begin;
}
//小的换到右边,大的换到左边
swap(&arr[begin], &arr[end]);
}
swap(&arr[keyi], &arr[end]);
keyi = end;
//[left,keyi-1]    keyi[keyi+1,right]
QuickSort(arr, left, keyi - 1);
QuickSort(arr,keyi + 1,right);
}

5.2

挖坑法:

动图显示

挖坑法思路:

挖坑法的本质其实是空间挪移,跟七巧板的原理差不多,将无序排成有序,需要有一个空间暂时进行回避,让其他元素进行流通

步骤

挖坑法步骤:

  1. 创建左右指针。
  2. 从右向左找出比基准小的数据:
    • 找到后立即放入左边"坑"中。
    • 当前位置变为新的"坑"。
  3. 从左向右找出比基准大的数据:
    • 找到后立即放入右边"坑"中。
    • 当前位置再次变为新的"坑"。
  4. 重复步骤2和3,直到左右指针相遇。
  5. 结束循环后,将最初存储的分界值放入当前的"坑"中。
  6. 返回当前"坑"下标(即分界值下标)。

代码实现:

c 复制代码
void QuickSort1(int* arr, int left, int right)
{
	int hole = left;
	int key = arr[hole];
	while (left < right)
	{
		while (left < right && arr[right] >= key)
		{
			right--;
		}
		arr[hole] = arr[right];
		hole=right;
		while(left<right&&arr[left]<=key)
		{
			left++;
		}
		arr[hole] = arr[left];
		hole = left;

	}
	arr[hole] = key;

}

lomuto前后指针法

方法简介:

建前后指针,从左往右找⽐基准值⼩的进⾏交换,使得⼩的都排在基准值的左边

代码:

c 复制代码
void _QuickSort(int* arr, int left, int right)//lomuto指针法
{
	int prev = left,cur = left + 1;
	int key = left;
	while (cur <= right)
	{
		if (arr[cur] < arr[key] && ++prev != cur)
		{
			Swap(&arr[cur], &arr[prev]);
		}
		cur++;
	}
	Swap(&arr[prev], &arr[key]);
}

非递归版本:

递归的思想是不断的二分

非递归版本要借用栈的思想实现二分

栈:后进先出,栈顶进数据,也出数据,栈底不能

right先入栈,left在入栈,再出栈,left和right就是区间,找基准值,分区间

右区间入栈,基准值为keyi。

左区间[left,keyi-1]

右区间[keyi+1,right]

右区间入栈,right入栈,keyi+1入栈

左区间入栈,keyi-1入栈,left入栈

在此出栈,

栈不为空,栈出栈两次。left=0,right=2

在实际数组中,找基准值,keyi=0;(此数组)

左区间【0,-1】(非有效区间不入栈)

右区间【1,2】入栈

栈不为空,出栈两次

left=1,right2

找keyi,keyi=1

左区间【1,0】(非有效区间不入栈)

右区间【2,2】(只有一个数据也不入栈)

以上左区间全部找完

接下来找右区间

出栈两次

left=4,right=5;

找keyi,keyi=4;

左区间【4,3】【非有效区间不如栈】

右区间【5,5】【只有一个数据不入栈】

c 复制代码
void  QuickSortNonR(int* arr, int left, int right)
{
	ST st;
	STInit(&st);
	StackPush(&st, right);
	StackPush(&st, left);
	while (!StackEmpty(&st))
	{
		//取栈顶元素
		int begin = StackTop(&st);
		stackpop(&st);
		int end = StackTop(&st);
		stackpop(&st);
		int prev = begin;
		int cur = begin + 1;
		int keyi = begin;
		while (cur <= end)
		{
			if (arr[cur] <= arr[keyi]&&++prev!=cur)
			{
				Swap(&arr[cur], &arr[prev]);
			}
			cur++;
		}
	
		Swap(&arr[keyi], &arr[prev]);
		keyi = prev;

		找基准值;
		//左区间【begin,keyi-1】
		if (keyi + 1 < end)
		{
			StackPush(&st, end);
			StackPush(&st, keyi + 1);
		}
		if (keyi - 1 < begin)
		{
			StackPush(&st, keyi - 1);
			StackPush(&st, begin);

		} 
		
	}

	STDestroy(&st);
}
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