Java数据结构与算法——快速排序

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前言：Java数据结构与算法专题会不定时更新，欢迎各位读者监督。本篇文章介绍排序算法中最经常使用也是面试中最容易考到的排序算法——快排，包括快排的思想和原理、java快排代码、快排的特色性能和快排的适用场景。

0、其余排序算法索引(待更)

java数据结构与算法——桶排序
java数据结构与算法——插入排序

一、快速排序思想及原理

事实上，快速排序是堆冒泡排序的一种改进。

它的基本思想是：经过一趟排序将要排序的数据分割为两部分，第一部分全部数据比第二部分的全部数据小，按照这种思路将两部分数据再次分别进行快速排序，可使用递归完成，最终使得整个数据序列有序。

具体来说，在待排数据中找一个基准数据（一般取第一个数），接下来将待排数据中比基准数据小的放在待排数据的左侧，将比待排数据中比基准数据大的放在待排数据右侧。此时，左右两个分区的元素相对有序，接着采用上述思路继续对左右两个分区继续排序，直到各分区只有一个元素位置。这里用到了一个典型的分治思想。下面举例说明：

待排序列依次为4七、2九、7一、9九、7八、1九、2四、47。为了区分两个47，将后面的47下面增长一个下划线。

步骤：
一、选取一个基准数，通常选第0个元素47。
二、将比基准数小的移动到左侧，比基准数大的移动到右侧，相等的不移动，此时基准数位置为K。
三、对左右两侧重复步骤1和步骤2，直到左右侧细分到只有一个元素。

快排的难点也就是在第2步，怎么移动各个数据？
<1> 首先从数列的右边开始往左找，设下标为i，也就是i--操做，找到第一个比基准数小的值，让他与基准数交换；
<2> 接着开始从左往右找，设下标为j，也就是j++，找到第一个比基准数大的值，让他与基准数交换位置；
<3> 重复1和2，直到i和j相遇时结束，最后基准值所在位置为k。

二、java快排代码

public class QuickSort {
    private int[] array;
    public QuickSort(int[] array){
        this.array = array;
    }
    
    public void printSort(){
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            System.out.println(array[i]);
        }
    }
    
    public void sort(){
        quicksort(array,0,array.length -1);
    }
    
    private void quicksort(int[] array,int begin,int end){
        if(begin<end){  //i和j没相遇以前比较各数据与基准值大小
            int base = array[begin];  //取第一个值为基准值
            int i = begin;  //左标记为i
            int j = end;    //右标记为j
            
            //一趟排序，找到比基准值大的在基准值右，比基准值小的在基准值左
            while(i<j){
                //从右往左扫描
                while(i<j && array[j]>base){ //从右往左扫，若是元素比基准值大
                    j--;  //则右边标记--，直到找到第一个比基准值小的，中止扫描
                }
                if(i<j){
                    array[i]=array[j];  //交换右扫描第一个比基准值小的数
                    i++;  //i标记右移一位
                }
                //从左往右扫描
                while(i<j && array[i]<base){//从左往右扫，若是元素比基准值小
                    i++;  //则左标记++，直到找到第一个比基准值大的，中止扫描
                }
                if(i<j){
                    array[j]=array[i];  //交换左扫描第一个比基准值大的数
                    j--;  //j标记左移一位
                }
            }  //此时基准值左右两侧相对有序
            
            array[i] = base;  //此时i为中间位置k
            
            quicksort(array,begin,i-1);  //左侧按照快排思路，递归
            
            quicksort(array,i+1,end);    //右侧按照快排思路，递归
        }
    }    
}

测试代码

public class SortTest {
    public static void main(String[] args) {
        teseQuickSort();
    }

    private static void teseQuickSort(){
        int[] array = {3,5,7,3,8,9,6,1,0};
        QuickSort qs = new QuickSort(array);
        qs.sort();
        qs.printSort();
    }
}

三、快排的特色及性能

快排是在冒泡排序之上改进而来的，冒泡排序每次只能交换相邻的两个元素，而快排则是跳跃式的交换，交换距离很大，总的比较次数和交换次数少了不少，速度也快了不少。

快排的平均时间复杂度为O(nlogn)，事实上，大多数状况下，排序速度要快于这个时间复杂度。快排其实是采用的一种分而治之的思想，把问题分解为一个个的小问题去逐一解决，最终在把结果组合起来。

快排由于递归调用，因此空间复杂度为O(logn)。

快排是一种不稳定的排序算法，在通过排序后，等值的元素的相对位置可能发生改变。

快排基本上被认为是相同数量级中全部排序算法中平均性能最好的。

四、快排的适用场景

快排因为相对简单并且性能不错，因此快排适用于几乎绝大多数场合。

其余排序算法索引(待更)
java数据结构与算法——桶排序
java数据结构与算法——插入排序

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