【数据结构】快速排序详解!

文章目录

      • 1. 快速排序的非递归版本
      • 2. 快速排序
        • 2.1 hoare 版本一
        • 2.2 挖坑法 🐧版本二
        • 2.3 前后指针 版本三
        • 2.4 调用以上的三个版本的快排
      • 3. 快速排序的优化

1. 快速排序的非递归版本

🆒🐧关键思路:
🍎① 参数中的beginend来界定,是随着函数的调用自动保存在栈帧中的,而我们需要用这种数据结构来模拟这个过程。

🍎② 如果决定先排 keyi左边的元素的话,就要先把 keyi右边的元素先入栈(因为栈是后进先出的)

🍎③ 每次取两个元素,分别表示待排序区间下标的 起点和终点。

🍎④ if (left < keyi - 1)if (keyi + 1 < right)因为要保证遍历的区间是有效的,所以需要这两个判断。

  • 先把 key 左边的区间都按照规律入栈然后排序,只有把 key左边的都排好序之后,才会开始走 key右边的逻辑
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// 快速排序的非递归法
void QuickSortNonR(int* a, int begin, int end)
{ST s;STInit(&s);STPush(&s, end);STPush(&s, begin);while (!STEmpty(&s)){int left = STTop(&s);STPop(&s);int right = STTop(&s);STPop(&s);int keyi = PartSort3(a, left, right);// [left, keyi-1] keyi [keyi+1, right]if (left < keyi - 1){STPush(&s, keyi - 1);STPush(&s, left);}if (keyi + 1 < right){STPush(&s, right);STPush(&s, keyi + 1);}}STDestroy(&s);
}

2. 快速排序

  • 🍎基本思想:
  • 任取待排序元素序列中的某元素作为基准值,按照该排序码将待排序集合分割成两子序列左子序列中所有元素均小于基准值,右子序列中所有元素均大于基准值,然后最左右子序列重复该过程,直到所有元素都排列在相应位置上为止。

  • 🆒快速排序有三个版本:
2.1 hoare 版本一

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int PartSort1(int* a, int begin, int end)
{int midi = GetMidi(a, begin, end);Swap(&a[midi], &a[begin]);int left = begin, right = end;int keyi = begin;while (left < right){// 右边找小while (left < right && a[right] >= a[keyi]){--right;}// 左边找大while (left < right && a[left] <= a[keyi]){++left;}Swap(&a[left], &a[right]);}Swap(&a[left], &a[keyi]);return left;
}


2.2 挖坑法 🐧版本二

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int PartSort2(int* a, int begin, int end)
{int midi = GetMidi(a, begin, end);Swap(&a[midi], &a[begin]);int key = a[begin];int hole = begin;while (begin < end){// 右边找小,填到左边的坑while (begin < end && a[end] >= key){--end;}a[hole] = a[end];hole = end;// 左边找大,填到右边的坑while (begin < end && a[begin] <= key){++begin;}a[hole] = a[begin];hole = begin;}a[hole] = key;return hole;
}


2.3 前后指针 版本三

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int PartSort3(int* a, int begin, int end)
{int midi = GetMidi(a, begin, end);Swap(&a[midi], &a[begin]);int keyi = begin;int prev = begin;int cur = prev + 1;while (cur <= end){if (a[cur] < a[keyi] && ++prev != cur)Swap(&a[prev], &a[cur]);++cur;}Swap(&a[prev], &a[keyi]);keyi = prev;return keyi;
}
2.4 调用以上的三个版本的快排
// [begin, end]
void QuickSort(int* a, int begin, int end)
{if (begin >= end)return;int keyi = PartSort2(a, begin, end);	// 此处修改需要调用的版本QuickSort(a, begin, keyi - 1);QuickSort(a, keyi+1, end);
}


3. 快速排序的优化

  • 🍎① 三数取中法选 key
    如果不采取三数取中的方法,万一每次快排的 key都是待排序中的最大值,此时每次只能将一个数据变成有序,此时的效率极低,所以需要优化。
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int GetMidi(int* a, int begin, int end)
{int midi = (begin + end) / 2;// begin midi end 三个数选中位数if (a[begin] < a[midi]){if (a[midi] < a[end])return midi;else if (a[begin] > a[end])return begin;elsereturn end;}else // a[begin] > a[midi]{if (a[midi] > a[end])return midi;else if (a[begin] < a[end])return begin;elsereturn end;}
}
  • 🍎② 递归到小的子区间时,可以考虑使用插入排序.
    当小区间的时候,因为用递归的话,会消耗更多的资源,效率较低。
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void QuickSort(int* a, int begin, int end)
{if (begin >= end)		return;if (end - begin + 1 <= 10){InsertSort(a + begin, end - begin + 1);}else{int midi = GetMidi(a, begin, end);Swap(&a[midi], &a[begin]);int left = begin, right = end;int keyi = begin;while (left < right){// 右边找小while (left < right && a[right] >= a[keyi]){--right;}// 左边找大while (left < right && a[left] <= a[keyi]){++left;}Swap(&a[left], &a[right]);}Swap(&a[left], &a[keyi]);keyi = left;// [begin, keyi-1] keyi [keyi+1, end]QuickSort(a, begin, keyi - 1);QuickSort(a, keyi + 1, end);}
}

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