排序算法(4):快速排序(Quick Sort)

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基本思想

通过一趟排序将要排序的数据分割成独立的两部分,其中一部分的所有数据都比另外一部分的所有数据都要小,然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序,整个排序过程可以递归进行,以此达到整个数据变成有序序列。

算法描述

  • 首先设定一个分界值,通过该分界值将数组分成左右两部分
  • 将大于或者等于分界值的数据集中到数组右边,小于分界值的数据集中到数组左边。此时,左边部分中的各元素都小于或等于分界值,而右边部分中各元素都大于或等于分界值。
  • 然后,左边和右边的数据可以独立排序。对于左侧的数组数据,又可以取一个分界值,将该部分数据分成左右两部分,同样左边放置较小值,右边放置较大值。右侧的数组数据也可以做类似处理。
  • 重复上述过程,可以看出,这是一个递归定义。通过递归将左侧部分排好序后,再递归好右侧部分的顺序。当左、右两个部分各数据排序完成后,整个数组排序也就完成了。

演示

代码实现

	public static void sort(int[] array) {
		quickSort(array, 0, array.length - 1);
	}

	public static void quickSort(int[] array, int l, int r) {
		int start = l;
		int end = r;
		int pivot = (l + r) / 2; // 确定一个基准值
		int temp = array[pivot];
		int tempVal = 0;

		while (l < r) {
			// 从左边找一个比基准值大的数
			while (l < r && array[l] < temp) {
				l++;
			}
			// 从右边找一个比基准值小的数
			while (r > l && array[r] > temp) {
				r--;
			}
			if ((array[l] == array[r]) && (l < r)) {
				l++;
			} else {
				tempVal = array[r];
				array[r] = array[l];
				array[l] = tempVal;
			}
		}

		if (l - 1 > start) {
			quickSort(array, start, l - 1);
		}
		if (r + 1 < end) {
			quickSort(array, r + 1, end);
		}
	}

时间复杂度

最优时间复杂度:O(nlogn)
快速排序最优的情况就是每一次取到的元素都刚好平分整个数组,一次递归共需比较n次,递归深度为logn 最差时间复杂度:O(n^2)
最差的情况就是每一次取到的元素就是数组中的最大/最小的,这种情况其实就是冒泡排序(每一次都排好一个元素的顺序)n(n-1)/2=O(n^2)
平均情况:O(nlogn)

空间复杂度

主要是递归造成的栈空间的使用,最好情况,递归树的深度为log2n,其空间复杂度也就为O(logn)
最坏情况,需要进行n-1递归调用,其空间复杂度为O(n)
平均情况,空间复杂度也为O(logn)。
可惜的是,由于关键字的比较和交换是跳跃进行的,因此快速排序是一种不稳定的排序方法。

优点与缺点

  • 优点:极快,数据移动少
  • 缺点:不稳定

测试记录

待补充

源码

暂时未发现在开源框架或jdk中用到插入排序