高快省的排序算法
有沒有既不浪費(fèi)空間又可以快一點(diǎn)的排序算法呢？那就是“快速排序”啦！光聽這個名字是不是就覺得很高端呢?
假設(shè)我們現(xiàn)在對“6 1 2 7 9 3 4 5 10 8”這個10個數(shù)進(jìn)行排序。首先在這個序列中隨便找一個數(shù)作為基準(zhǔn)數(shù)（不要被這個名詞嚇到了，就是一個用來參照的數(shù)，待會你就知道它用來做啥的了）。為了方便，就讓第一個數(shù)6作為基準(zhǔn)數(shù)吧。接下來，需要將這個序列中所有比基準(zhǔn)數(shù)大的數(shù)放在6的右邊，比基準(zhǔn)數(shù)小的數(shù)放在6的左邊，類似下面這種排列： 3 1 2 5 4 6 9 7 10 8 在初始狀態(tài)下，數(shù)字6在序列的第1位。我們的目標(biāo)是將6挪到序列中間的某個位置，假設(shè)這個位置是k。現(xiàn)在就需要尋找這個k，并且以第k位為分界點(diǎn)，左邊的數(shù)都小于等于6，右邊的數(shù)都大于等于6。想一想，你有辦法可以做到這點(diǎn)嗎？
排序算法顯神威
方法其實(shí)很簡單：分別從初始序列“6 1 2 7 9 3 4 5 10 8”兩端開始“探測”。先從右往左找一個小于6的數(shù)，再從左往右找一個大于6的數(shù)，然后交換他們。這里可以用兩個變量i和j，分別指向序列最左邊和最右邊。我們?yōu)檫@兩個變量起個好聽的名字“哨兵i”和“哨兵j”。剛開始的時候讓哨兵i指向序列的最左邊（即i=1），指向數(shù)字6。讓哨兵j指向序列的最右邊（即=10），指向數(shù)字。
首先哨兵j開始出動。因為此處設(shè)置的基準(zhǔn)數(shù)是最左邊的數(shù)，所以需要讓哨兵j先出動，這一點(diǎn)非常重要（請自己想一想為什么）。哨兵j一步一步地向左挪動（即j--），直到找到一個小于6的數(shù)停下來。接下來哨兵i再一步一步向右挪動（即i++），直到找到一個數(shù)大于6的數(shù)停下來。最后哨兵j停在了數(shù)字5面前，哨兵i停在了數(shù)字7面前。
到此，第一次交換結(jié)束。接下來開始哨兵j繼續(xù)向左挪動（再友情提醒，每次必須是哨兵j先出發(fā)）。他發(fā)現(xiàn)了4（比基準(zhǔn)數(shù)6要小，滿足要求）之后停了下來。哨兵i也繼續(xù)向右挪動的，他發(fā)現(xiàn)了9（比基準(zhǔn)數(shù)6要大，滿足要求）之后停了下來。此時再次進(jìn)行交換，交換之后的序列如下：
第二次交換結(jié)束，“探測”繼續(xù)。哨兵j繼續(xù)向左挪動，他發(fā)現(xiàn)了3（比基準(zhǔn)數(shù)6要小，滿足要求）之后又停了下來。哨兵i繼續(xù)向右移動，糟啦！此時哨兵i和哨兵j相遇了，哨兵i和哨兵j都走到3面前。說明此時“探測”結(jié)束。我們將基準(zhǔn)數(shù)6和3進(jìn)行交換。交換之后的序列如下：
到此第一輪“探測”真正結(jié)束。此時以基準(zhǔn)數(shù)6為分界點(diǎn)，6左邊的數(shù)都小于等于6，6右邊的數(shù)都大于等于6。回顧一下剛才的過程，其實(shí)哨兵j的使命就是要找小于基準(zhǔn)數(shù)的數(shù)，而哨兵i的使命就是要找大于基準(zhǔn)數(shù)的數(shù)，直到i和j碰頭為止。 OK，解釋完畢。現(xiàn)在基準(zhǔn)數(shù)6已經(jīng)歸位，它正好處在序列的第6位。此時我們已經(jīng)將原來的序列，以6為分界點(diǎn)拆分成了兩個序列，左邊的序列是“3 1 2 5 4”，右邊的序列是“9 7 10 8”。接下來還需要分別處理這兩個序列。因為6左邊和右邊的序列目前都還是很混亂的。不過不要緊，我們已經(jīng)掌握了方法，接下來只要模擬剛才的方法分別處理6左邊和右邊的序列即可?，F(xiàn)在先來處理6左邊的序列現(xiàn)吧。 左邊的序列是“3 1 2 5 4”。請將這個序列以3為基準(zhǔn)數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使得3左邊的數(shù)都小于等于3，3右邊的數(shù)都大于等于3。好了開始動筆吧。 如果你模擬的沒有錯，調(diào)整完畢之后的序列的順序應(yīng)該是：
2 1 3 5 4
OK，現(xiàn)在3已經(jīng)歸位。接下來需要處理3左邊的序列“2 1”和右邊的序列“5 4”。對序列“2 1”以2為基準(zhǔn)數(shù)進(jìn)行調(diào)整，處理完畢之后的序列為“1 2”，到此2已經(jīng)歸位。序列“1”只有一個數(shù)，也不需要進(jìn)行任何處理。至此我們對序列“2 1”已全部處理完畢，得到序列是“1 2”。序列“5 4”的處理也仿照此方法，最后得到的序列如下：
1 2 3 4 5 6 9 7 10 8
對于序列“9 7 10 8”也模擬剛才的過程，直到不可拆分出新的子序列為止。最終將會得到這樣的序列，如下：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
這是為什么呢？
快速排序之所比較快，因為相比冒泡排序，每次交換是跳躍式的。每次排序的時候設(shè)置一個基準(zhǔn)點(diǎn)，將小于等于基準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)全部放到基準(zhǔn)點(diǎn)的左邊，將大于等于基準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)全部放到基準(zhǔn)點(diǎn)的右邊。這樣在每次交換的時候就不會像冒泡排序一樣每次只能在相鄰的數(shù)之間進(jìn)行交換，交換的距離就大的多了。因此總的比較和交換次數(shù)就少了，速度自然就提高了。當(dāng)然在最壞的情況下，仍可能是相鄰的兩個數(shù)進(jìn)行了交換。因此快速排序的最差時間復(fù)雜度和冒泡排序是一樣的都是O(N2)，它的平均時間復(fù)雜度為O(NlogN)。其實(shí)快速排序是基于一種叫做“二分”的思想。我們后面還會遇到“二分”思想，到時候再聊。先上代碼，如下
public class QuicklySort {
public static void main(String[] args) {
int[] sortArray = new int[10];
for(int i = 0; i < 10; i++){
sortArray[i] = (int) (Math.random()*100);
}
quickSort(sortArray,0,sortArray.length - 1);
System.out.println(Arrays.toString(sortArray));
}
private static void quickSort(int[] array, int left, int right){
//保證排序數(shù)組內(nèi)大于1個對象
if(left<right){
//保存參考對象
int temp = array[left];
//確保left和right不會發(fā)生改變
int i = left;
int j = right;
//當(dāng)指針i在指針j的左邊時進(jìn)入循環(huán)
while(i<j){
//當(dāng)指針i在指針j的左邊并且指針j位置的對象小于參考對象時指針j從右往左移動一位（從大到小）
while(i<j && array[j] < temp)
j--;
//當(dāng)指針i在指針j的左邊并且指針j位置的對象大于等于參考對象時指針j從左往右移動一位（從大到?。? while(i<j && array[i] >= temp)
i++;
//當(dāng)指針i和指針j保持不變并且指針i的在指針j的左邊時交換指針i和指針j對應(yīng)的對象
if(i < j){
int t = array[i];
array[i] = array[j];
array[j] = t;
}
}
//當(dāng)指針i在指針j的位置重合時將參考位置（即第一個傳入數(shù)組第一個位置）和 指針i位置對應(yīng)的對象
array[left] = array[i];
array[i] = temp;
//將傳入數(shù)組以指針i位置為界限分為兩個數(shù)組遞歸調(diào)用quickSort排序
quickSort(array, left, i - 1);
quickSort(array, i + 1, right);
}
}
}
