python算法与数据结构-快速排序(36)

释放双眼,带上耳机,听听看~!

 

一、快速排序的介绍

  快速排序(英语:Quicksort),又称划分交换排序(partition-exchange sort),通过一趟排序将要排序的数据分割成独立的两部分,其中一部分的所有数据都比另外一部分的所有数据都要小,然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序,整个排序过程可以递归进行,以此达到整个数据变成有序序列。

二、快速排序的原理

  1. 从数列中挑出一个元素,称为\"基准\"(pivot),
  2. 重新排序数列,所有元素比基准值小的摆放在基准前面,所有元素比基准值大的摆在基准的后面(相同的数可以到任一边)。在这个分区结束之后,该基准就处于数列的中间位置。这个称为分区(partition)操作。
  3. 递归(recursive)把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序。
  4. 递归的最底部情形,是数列的大小是零或一,也就是永远都已经被排序好了。虽然一直递归下去,但是这个算法总会结束,因为在每次的迭代(iteration)中,它至少会把一个元素摆到它最后的位置去。

三、快速排序的步骤

  1. 设置两个变量i、j,排序开始的时候:i=0,j=N-1;
  2. 以第一个数组元素作为关键数据,赋值给key,即key=A[0];
  3. 从j开始向前搜索,即由后开始向前搜索(j--),找到第一个小于key的值A[j],将A[j]和A[i]的值交换;
  4. 从i开始向后搜索,即由前开始向后搜索(i++),找到第一个大于key的A[i],将A[i]和A[j]的值交换;
  5. 重复第3、4步,直到i=j; (3,4步中,没找到符合条件的值,即3中A[j]不小于key,4中A[i]不大于key的时候改变j、i的值,使得j=j-1,i=i+1,直至找到为止。找到符合条件的值,进行交换的时候i, j指针位置不变。另外,i==j这一过程一定正好是i+或j-完成的时候,此时令循环结束)。

四、快速排序的图解

python算法与数据结构-快速排序(36)

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python算法与数据结构-快速排序(36)

五、快速排序的python代码实现

def quick_sort(alist,start,end):
    # 递归的推出条件,递归一定要有出口
    if start>=end:
        return
    
    # 设置起始元素为要寻找为准的基准元素
    k = alist[start]
    # 设置变量i记录从左到右的查找
    i = start
    # 设置变量j记录从右到左的查找
    j = end
    
    # i<j说明还没有i和j还没有碰面,需要继续比较
    while i<j:
        
        # i<j,并且此时的数据要是都比k的话(从右到左比较)
        while i<j and alist[j]>=k:
            # j就递减,一直往前找,
            j -= 1
        # 出了while循环就说明找到需要交换的数据了
        temp = alist[j]
        alist[j] = alist[i]
        alist[i] = temp
        
        # i<j 并且此时的数据要是都比k小的话(从左右到比较)
        while i<j and alist[i]<=k:
            # i就递增,一直往后找
            i += 1
        # 出了while循环就说明找到需要交换的数据了
        temp = alist[j]
        alist[j] = alist[i]
        alist[i] = temp
    # 然后对左边的数据使用递归继续排序
    quick_sort(alist,start,i-1)
    # 然后对右边的数据使用递归继续排序
    quick_sort(alist,i+1,end)

#创建一个数组
numlist = [6,1,2,7,9,5,4,3,10,8]
print(\"排序前:%s\"%numlist)
quick_sort(numlist,0,len(numlist)-1)
print(\"排序后:%s\"%numlist)

运行结果为:

排序前:[6, 1, 2, 7, 9, 5, 4, 3, 10, 8]
排序后:[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

六、快速排序的C言语代码实现

#include <stdio.h>

// 创建快速排序函数
void quick_sort(int arr[],int start,int end)
{
    // 递归的推出条件,递归一定要有出口
    if (start>=end)
    {
        return;
    }
    // 设置起始元素为要寻找为准的基准元素
    int k = arr[start];
    // 设置变量i记录从左到右的查找
    int i = start;
    // 设置变量j记录从右到左的查找
    int j = end;
    
    // i<j说明还没有i和j还没有碰面,需要继续比较
    while (i<j)
    {
        // i<j,并且此时的数据要是都比k的话(从右到左比较)
        while (i<j&&arr[j]>=k)
        {
            // # j就递减,一直往前找,
            j--;
        }
        // 出了while循环就说明找到需要交换的数据了
        int temp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = temp;
        
        // i<j 并且此时的数据要是都比k小的话(从左右到比较)
        while (i<j&&arr[i]<=k)
        {
            // i就递增,一直往后找
            i++;
        }
        // 出了while循环就说明找到需要交换的数据了
        temp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = temp;
    }
    // 然后对左边的数据使用递归继续排序
    quick_sort(arr, start, i-1);
    // 然后对右边的数据使用递归继续排序
    quick_sort(arr, i+1, end);
}

int main(int argc, const char * argv[])
{
    // 快速排序的函数声明
    void quick_sort(int arr[],int start,int end);
    // 创建需要排序的数组
    int array[] = {6,1,2,7,9,5,4,3,10,8};
    // 调用快速排序
    quick_sort(array, 0, 9);
    // 打印验证
    for (int i=0; i<10; i++)
    {
        printf(\"%d \",array[i]);
    }
    return 0;
}

运行结果为:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

七、快速排序的时间复杂度

  • 最优时间复杂度:O(nlogn)
  • 最坏时间复杂度:O(n2)

八、快速排序的稳定性

  快速排序不是一种稳定的排序算法,也就是说,多个相同的值的相对位置也许会在算法结束时产生变动。

 

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