Java玩转《啊哈算法》排序之快速排序

心无挂碍,无挂碍故,无有恐怖,远离颠倒梦想,究竟涅槃。

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    • 核心代码
    • 优劣
    • 完整代码
    • 演示
  • 课后习题

引子

搭嘎好!本人最近看的《啊哈算法》这本书写的确实不错,生动形象,在保持算法讲解准确性的同时又不失趣味性。

但对我来说,稍显遗憾的是,书籍代码是c语言,而不是本人常用的Java。

那就弥补遗憾,说干就干,把这本书的示例语言用java给翻译一遍!!!

于是就有了本篇博客,这是第三篇博客,主要讲解快速排序。
在这里插入图片描述

来不及买纸质书但又想尽快感受算法魅力的童鞋也甭担心,电子版的下载链接已经放到下方了,可尽情下载。

链接:https://pan.baidu.com/s/1imxiElcCorw2F-HJEnB-PA?pwd=jmgs
提取码:jmgs

代码地址

本文代码已开源:

git clone https://gitee.com/guqueyue/my-blog-demo.git

请切换到gitee分支,

然后查看aHaAlgorithm模块下的src/main/java/com/guqueyue/aHaAlgorithm/chapter_1_Sort即可!

快速排序

快速排序,名字听起来就很快!

那么,这么快的排序是怎么实现的呢?我们这里以升序为例(降序的话找数的逻辑相反),把它拆解成以下几步:

  1. 选定一个基准值,这里我们一般选取第一个数为基准值

  2. 设定双指针,也就是书里面说的哨兵。

    2.1 一个哨兵从右往左走找比 基准值小(大) 的数,一个哨兵从左往右找比 基准值大(小) 的数,找到了就交换两个数。

    2.2 等到两个哨兵相遇就交换基准值和哨兵

    这样数组的左边都是比 基准值小(大) 的数,右边都是比 基准值大(小) 的数。

  3. 左边界基准值位置-1 为一个数组,右边界基准值位置+1 为一个数组,再进行如上操作。

一直到左右边界相遇,则排序完成。

在这里插入图片描述

当然,这里面采用了递归的编程技巧,实现了分而治之的编程思想,才能达到我们想要的目的。

关于这个,我当初写的关于《算法图解》第三章<递归>、第四章<快速排序>里面也有相应的介绍:

肝了几万字,送给看了《算法图解》却是主攻Java的你和我(上篇)

相比于《算法图解》那本书,这本书讲快速排序明显要更加清晰直观。

下面是快速排序整体的流程图:
在这里插入图片描述

还没懂?列一个快速排序第一次交换的动图,是不是清晰很多了呢?

在这里插入图片描述
如果还是不是很明白,就去看书吧,里面有详细的图文步骤,我这里就不多加赘述啦。

核心代码

话已经说了很多了,直接上代码:

	/*** @Description 快速排序* @Param [arr: 数组, left: 左边界, right: 右边界]* @return void**/private static void quickSort(int[] arr, int left, int right) {if (left > right) { // 左边不能大于右边return;}int temp = arr[left]; // 基准值int i = left, j = right;while (i < j) {// 找到比基准值更小的数,右边先找(为啥一定要右边先找? - 1 3 2) 防止基准值是最小的数,左边先走,就会把基准值交换掉while (arr[j] >= temp && i < j) {j--;}// 找到比基准值更大的数,这边必须设置等于temp,不然左边的数不会走while (arr[i] <= temp && i < j) {i++;}// 如果没有相遇,则: i == j 时,没必要交换if (i < j) {int t = arr[i];arr[i] = arr[j];arr[j] = t;}}// 基准值归位arr[left] = arr[j];arr[j] = temp;// 这里 i,j 是相等的quickSort(arr, left, j-1); // 左半边继续排序quickSort(arr, j+1, right); // 右半边继续排序}

优劣

  • 空间复杂度为O(N),属于 原地排序算法 了,即不占用额外的空间。
  • 平均时间复杂度为O(NlogN), 但是有些情况下时间复杂度最高可达O(N^2),不过问题不大,最坏的情况也就和冒泡排序一样不是?

上面说到快速排序有最坏的情况时间复杂度为O(N^2),你能想到是哪种情况吗?

想不到的话也没关系,下文有提示。

完整代码

诺:

package com.guqueyue.aHaAlgorithm.chapter_1_Sort;import java.util.Arrays;
import java.util.Scanner;/*** @Author: guqueyue* @Description: 快速排序* @Date: 2024/1/10**/
public class QuickSort {public static void main(String[] args) {// 获取整数数组int[] arr = getArr();System.out.println("输入的数组为:" + Arrays.toString(arr));// 快速排序quickSort(arr, 0, arr.length - 1);System.out.println("排序后的数组为:" + Arrays.toString(arr));}/*** @Description 快速排序* @Param [arr: 数组, left: 左边界, right: 右边界]* @return void**/private static void quickSort(int[] arr, int left, int right) {if (left > right) { // 左边不能大于右边return;}int temp = arr[left]; // 基准值int i = left, j = right;while (i < j) {// 找到比基准值更小的数,右边先找(为啥一定要右边先找? - 1 3 2) 防止基准值是最小的数,左边先走,就会把基准值交换掉while (arr[j] >= temp && i < j) {j--;}// 找到比基准值更大的数,这边必须设置等于temp,不然左边的数不会走while (arr[i] <= temp && i < j) {i++;}// 如果没有相遇,则: i == j 时,没必要交换if (i < j) {int t = arr[i];arr[i] = arr[j];arr[j] = t;}}// 基准值归位arr[left] = arr[j];arr[j] = temp;// 这里 i,j 是相等的quickSort(arr, left, j-1); // 左半边继续排序quickSort(arr, j+1, right); // 右半边继续排序}/*** @Description 获取整数数组* @Param []* @return int[]**/private static int[] getArr() {Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.print("请输入数字个数:");int n = scanner.nextInt();int[] arr = new int[n];System.out.printf("请输入%d个数, 中间用空格隔开,再回车:", n);for (int i = 0; i < n; i++) {arr[i] = scanner.nextInt();}return arr;}
}

演示

运行代码,控制台输入可得:

在这里插入图片描述

课后习题

在前两期博客中:

  1. Java玩转《啊哈算法》排序之桶排序

  2. Java玩转《啊哈算法》排序之冒泡排序

我都给出了力扣上面的同一道题,作为课后习题:

912. 排序数组

在这里插入图片描述
但是比较尴尬的是,用桶排序做这道题目,占用内存太多了,仅击败 34.93% 使用Java的用户!

在这里插入图片描述
如果用冒泡排序,那就更尴尬了,直接超时,通过都通过不了:

在这里插入图片描述

但是如果你学会了本文中的快速排序,能不能做到,又快又稳(占用内存少) 呢?

噔噔蹬蹬:

在这里插入图片描述

很遗憾,翻车了,又超时了,我们翻开超时的测试用例可以发现,有非常多的重复元素:

在这里插入图片描述

这也正印证了上文所说的,快速排序的执行速率不稳定,最差的时候跟冒泡排序是一样的。

虽然桶排序算法跟贪心算法一样因为思路都比较简单,所以容易被人轻视。

俗话说,真心(简单)往往留不住,唯有套路(复杂)得人心。

但是桶排序在这道题上面是当之无愧的老大哥!!!

在这里插入图片描述

看来没有最牛逼的算法,只有最合适的算法

当然,快速排序针对多重复元素进行 三路快排 的话, 虽然速率还是比不上桶排序,但是也能通过这道题。

不过这个超纲了,不在本篇博客的讨论范围内了,感兴趣的同学可以去看一下这位朋友的题解:

快速排序优化(针对多重复元素情况)

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