快速排序 及其随机化改进 java实现

Generally Speaking,快速排序是一种优秀的排序方法:平均时间复杂度O(nlogn),最坏情况下就是每次都挑到最大的值作为中介值,时间复杂度O(n^2);空间复杂度O(1),但是不稳定。

eg :对 4 3 3 选择4为中介值进行排序,显然原来在第3个位置的3会被放到第1个位置,那么虽然集合中两个3的大小相同,但相对位置被改变了。

下面看一下其原理:

(原理转载:https://blog.csdn.net/nrsc272420199/article/details/82587933

   快速排序,说白了就是给基准数据找其正确索引位置的过程. 
   如下图所示,假设最开始的基准数据为数组第一个元素23,则首先用一个临时变量去存储基准数据,即tmp=23;然后分别从数组的两端扫描数组,设两个指示标志:low指向起始位置,high指向末尾. 


 
   首先从后半部分开始,如果扫描到的值大于基准数据就让high减1,如果发现有元素比该基准数据的值小(如上图中18<=tmp),就将high位置的值赋值给low位置 ,结果如下: 


 
然后开始从前往后扫描,如果扫描到的值小于基准数据就让low加1,如果发现有元素大于基准数据的值(如上图46=>tmp),就再将low位置的值赋值给high位置的值,指针移动并且数据交换后的结果如下: 


 
然后再开始从后向前扫描,原理同上,发现上图11<=tmp,则将low位置的值赋值给high位置的值,结果如下: 


 
然后再开始从前往后遍历,直到low=high结束循环,此时low或high的下标就是基准数据23在该数组中的正确索引位置.如下图所示. 
 这里写图片描述
  这样一遍走下来,可以很清楚的知道,其实快速排序的本质就是把基准数大的都放在基准数的左边,把比基准数小的放在基准数的右边,这样就找到了该数据在数组中的正确位置. 
  以后采用递归的方式分别对前半部分和后半部分排序,当前半部分和后半部分均有序时该数组就自然有序了。

总结的说:

即下面3步:

1.选择合适的中介值

2.把比中介值小的元素移动到中介值左边,大的元素移动到中介值右边

3.分别对中介值左右两边的值进行排序。(递归实现)

重点:

为什么平均情况的时间复杂度是O(nlogn),而极端情况下是O(n^2),能不能改善一下极端情况的时间复杂度?

随机化!!!

代码如下:



import java.util.*;

public class 快速排序 {

	static int random(int l,int r)//返回l到r间的随机整数
	{
		Random temp=new Random();
		return l+Math.abs(temp.nextInt()%(r-l+1));
	}
	static void swap(int i,int j,int a[])
	{
		int temp=a[i];
		a[i]=a[j];
		a[j]=temp;
	}
	
	static void quickSort(int l,int r,int a[])
	{
		if(l==r)
			return;
		swap(random(l,r),l,a);//随机化
		int x=a[l];//选择最左边的数 也就是集合中随机的数作为中介值
		int i=l;//左指针
		int j=r;//右指针
		while(i<j)
		{
			while(i<j&&a[j]>=x)
				j--;
			if(i<j)
				a[i++]=a[j];
			while(i<j&&a[i]<=x)
				i++;
			if(i<j)
				a[j--]=a[i];	
		}
		a[i]=x;
			quickSort(l,i,a);//递归
		if(i+1<=r)//防止数组越界
			quickSort(i+1,r,a);	
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		int a[]={23,46,0,8,11,18};
		quickSort(0,5,a);
		
		for(int i=0;i<a.length;i++)
			System.out.print(a[i]+" ");
		System.out.println();
	}

}

输出结果:

0 8 11 18 23 46 

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