Java 三路快排 - 技术栈

三路快速排序（3-Way QuickSort ）是快速排序的优化版本，特别适用于处理包含大量重复元素的数组 。其核心思想是将数组划分为三个区域：小于基准值 、等于基准值 和大于基准值，从而减少不必要的递归和交换

三路快排原理

分区逻辑：
- 使用三个指针 lt（less than）、current（当前遍历位置）、gt（greater than）将数组划分为三部分：
  - [low, lt-1]：小于基准值的元素
  - [lt, gt]：等于基准值的元素
  - [gt+1, high]：大于基准值的元素
- 通过一次遍历，将元素分配到正确区域。
时间复杂度：
- 平均：O(n log n)
- 最坏（大量重复元素时）：O(n)（优于传统快排的 O(n²)）

Java 实现代码

java 复制代码

public class ThreeWayQuickSort {

    public static void sort(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length <= 1) return;
        threeWayQuickSort(arr, 0, arr.length - 1);
    }

    private static void threeWayQuickSort(int[] arr, int low, int high) {
        if (low >= high) return;

        // 选择基准值（这里选第一个元素）
        int pivot = arr[low];
        int lt = low;      // 小于 pivot 的右边界
        int gt = high;     // 大于 pivot 的左边界
        int current = low; // 当前遍历指针

        while (current <= gt) {
            if (arr[current] < pivot) {
                swap(arr, lt, current);
                lt++;
                current++;
            } else if (arr[current] > pivot) {
                swap(arr, current, gt);
                gt--;
            } else {
                current++;
            }
        }

        // 递归处理小于和大于区域
        threeWayQuickSort(arr, low, lt - 1);
        threeWayQuickSort(arr, gt + 1, high);
    }

    private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
        int temp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = temp;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5};
        sort(arr);
        System.out.println(Arrays.toString(arr)); 
        // 输出: [1, 1, 2, 3, 3, 4, 5, 5, 5, 6, 9]
    }
}

关键步骤解析

初始化指针：
- lt 指向数组起始位置（low），gt 指向数组末尾（high），current 从 low 开始遍历。
遍历与交换：
- 如果 arr[current] < pivot：将 current 与 lt 处的元素交换，lt 和 current 均右移。
- 如果 arr[current] > pivot：将 current 与 gt 处的元素交换，gt 左移（current 不移动，因为交换后的新元素需要再次检查）。
- 如果 arr[current] == pivot：直接移动 current 指针。
递归处理子数组：
- 对 [low, lt-1]（小于区域）和 [gt+1, high]（大于区域）递归排序，中间区域 [lt, gt] 已经有序。

示例流程

假设初始数组为 [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5]，基准值 pivot=3：

第一次分区后：
- 小于区域：[1, 1, 2]
- 等于区域：[3, 3]
- 大于区域：[4, 5, 9, 6, 5, 5]
递归排序小于区域 [1, 1, 2] 和大于区域 [4, 5, 9, 6, 5, 5]。

优势与适用场景

优势：
- 高效处理重复元素，避免传统快排的重复递归。
- 减少元素交换次数。
适用场景：
- 数组中存在大量重复元素（如日志数据、用户行为数据）。
- 需要稳定排序但允许非稳定实现的情况。