快速排序讲解

高快省的排序算法

有没有既不浪费空间又能够快一点的排序算法呢？那就是“快速排序”啦！光听这个名字是否是就以为很高端呢。

假设咱们如今对“6  1  2 7  9  3  4  5 10  8”这个10个数进行排序。首先在这个序列中随便找一个数做为基准数（不要被这个名词吓到了，就是一个用来参照的数，待会你就知道它用来作啥的了）。为了方便，就让第一个数6做为基准数吧。接下来，须要将这个序列中全部比基准数大的数放在6的右边，比基准数小的数放在6的左边，相似下面这种排列：

3  1  2 5  4  6  9 7  10  8

在初始状态下，数字6在序列的第1位。咱们的目标是将6挪到序列中间的某个位置，假设这个位置是k。如今就须要寻找这个k，而且以第k位为分界点，左边的数都小于等于6，右边的数都大于等于6。想想，你有办法能够作到这点吗？

排序算法显神威

方法其实很简单：分别从初始序列“6  1  2 7  9  3  4  5 10  8”两端开始“探测”。先从右往左找一个小于6的数，再从左往右找一个大于6的数，而后交换他们。这里能够用两个变量i和j，分别指向序列最左边和最右边。咱们为这两个变量起个好听的名字“哨兵i”和“哨兵j”。刚开始的时候让哨兵i指向序列的最左边（即i=1），指向数字6。让哨兵j指向序列的最右边（即=10），指向数字。

 

首先哨兵j开始出动。由于此处设置的基准数是最左边的数，因此须要让哨兵j先出动，这一点很是重要（请本身想想为何）。详细请见：https://blog.csdn.net/zcpvn/article/details/78150692和哨兵j一步一步地向左挪动（即j--），直到找到一个小于6的数停下来。接下来哨兵i再一步一步向右挪动（即i++），直到找到一个数大于6的数停下来。最后哨兵j停在了数字5面前，哨兵i停在了数字7面前。

如今交换哨兵i和哨兵j所指向的元素的值。交换以后的序列以下：

6  1  2  5  9 3  4  7  10  8

到此，第一次交换结束。接下来开始哨兵j继续向左挪动（再友情提醒，每次必须是哨兵j先出发）。他发现了4（比基准数6要小，知足要求）以后停了下来。哨兵i也继续向右挪动的，他发现了9（比基准数6要大，知足要求）以后停了下来。此时再次进行交换，交换以后的序列以下：

6  1  2 5  4  3  9  7 10  8

第二次交换结束，“探测”继续。哨兵j继续向左挪动，他发现了3（比基准数6要小，知足要求）以后又停了下来。哨兵i继续向右移动，糟啦！此时哨兵i和哨兵j相遇了，哨兵i和哨兵j都走到3面前。说明此时“探测”结束。咱们将基准数6和3进行交换。交换以后的序列以下：

3  1 2  5  4  6  9 7  10  8

到此第一轮“探测”真正结束。此时以基准数6为分界点，6左边的数都小于等于6，6右边的数都大于等于6。回顾一下刚才的过程，其实哨兵j的使命就是要找小于基准数的数，而哨兵i的使命就是要找大于基准数的数，直到i和j碰头为止。

OK，解释完毕。如今基准数6已经归位，它正好处在序列的第6位。此时咱们已经将原来的序列，以6为分界点拆分红了两个序列，左边的序列是“3  1 2  5  4”，右边的序列是“9  7  10  8”。接下来还须要分别处理这两个序列。由于6左边和右边的序列目前都仍是很混乱的。不过没关系，咱们已经掌握了方法，接下来只要模拟刚才的方法分别处理6左边和右边的序列便可。如今先来处理6左边的序列现吧。

左边的序列是“3  1  2 5  4”。请将这个序列以3为基准数进行调整，使得3左边的数都小于等于3，3右边的数都大于等于3。好了开始动笔吧

若是你模拟的没有错，调整完毕以后的序列的顺序应该是：

2  1  3  5  4

OK，如今3已经归位。接下来须要处理3左边的序列“2 1”和右边的序列“5 4”。对序列“2 1”以2为基准数进行调整，处理完毕以后的序列为“1 2”，到此2已经归位。序列“1”只有一个数，也不须要进行任何处理。至此咱们对序列“2 1”已所有处理完毕，获得序列是“1 2”。序列“5 4”的处理也仿照此方法，最后获得的序列以下：

1  2  3 4  5  6 9  7  10  8

对于序列“9  7  10  8”也模拟刚才的过程，直到不可拆分出新的子序列为止。最终将会获得这样的序列，以下

1  2  3 4  5  6  7  8 9  10

到此，排序彻底结束。细心的同窗可能已经发现，快速排序的每一轮处理其实就是将这一轮的基准数归位，直到全部的数都归位为止，排序就结束了。下面上个霸气的图来描述下整个算法的处理过程。

这是为何呢？

快速排序之所比较快，由于相比冒泡排序，每次交换是跳跃式的。每次排序的时候设置一个基准点，将小于等于基准点的数所有放到基准点的左边，将大于等于基准点的数所有放到基准点的右边。这样在每次交换的时候就不会像冒泡排序同样每次只能在相邻的数之间进行交换，交换的距离就大的多了。所以总的比较和交换次数就少了，速度天然就提升了。

 

快速排序的稳定性与时间复杂度

快速排序稳定性
快速排序是不稳定的算法，它不知足稳定算法的定义。
算法稳定性 -- 假设在数列中存在a[i]=a[j]，若在排序以前，a[i]在a[j]前面；而且排序以后，a[i]仍然在a[j]前面。则这个排序算法是稳定的！

快速排序时间复杂度
快速排序的时间复杂度在最坏状况下是O(N2)，平均的时间复杂度是O(N*lgN)。
这句话很好理解：假设被排序的数列中有N个数。遍历一次的时间复杂度是O(N)，须要遍历多少次呢？至少lg(N+1)次，最多N次。
(01) 为何最少是lg(N+1)次？快速排序是采用的分治法进行遍历的，咱们将它看做一棵二叉树，它须要遍历的次数就是二叉树的深度，而根据彻底二叉树的定义，它的深度至少是lg(N+1)。所以，快速排序的遍历次数最少是lg(N+1)次。
(02) 为何最可能是N次？这个应该很是简单，仍是将快速排序看做一棵二叉树，它的深度最大是N。所以，快读排序的遍历次数最可能是N次（相邻两个数进行交换）。

#include <stdio.h>
int a[101],n;//定义全局变量，这两个变量须要在子函数中使用
void quicksort(int left,int right)
{
    int i,j,t,temp;
    if(left>right)
        {
            return ;
        }
    temp=a[left]; ///temp中存的就是基准数
    i=left;
    j=right;
    while(i!=j)
    {
        while(a[j]>=temp && i<j)///顺序很重要，要先从右边开始找
            {
                j--;
            }

        while(a[i]<=temp && i<j)///再找右边的
            {
                i++;
            }

        if(i<j)///交换两个数在数组中的位置
        {
            t=a[i];
            a[i]=a[j];
            a[j]=t;
        }
    }
    a[left]=a[i]; ///最终将基准数归位
    a[i]=temp;
    quicksort(left,i-1);///继续处理左边的，这里是一个递归的过程
    quicksort(i+1,right);///继续处理右边的 ，这里是一个递归的过程
}
int main()
{
    int i,j,t;
    scanf("%d",&n);
    for(i=1; i<=n; i++)
    {
        scanf("%d",&a[i]);
    }
    quicksort(1,n); ///快速排序调用
    for(i=1; i<=n; i++)///输出排序后的结果
    {
        printf("%d ",a[i]);
    }
    return 0;
}