Java利用分治思想实现快速排序

简介: 快速排序是对冒泡排序的一种改进,其实现原理是将未排序元素根据一个作为基准的“主元”分为两个子序列,其中一个子序列的记录均大于主元,而另一个子序列均小于主元,然后递归地对这两个子序列用类似的方法进行排序。

java实现快速排序


分治策略的基本思想是将一个规模为N的问题分解为K个规模较小的子问题,这些子问题相互独立且与原问题性质相同。求出子问题的解,就可得到原问题的解。即一种分目标完成程序算法,简单问题可用二分法完成。


快速排序算法的基本思想
设当前待排序的无序区为R[low..high],利用分治算法可将快速排序的基本思想描述为:

1.分解:

 在R[low..high]中任选一个记录作为基准(Pivot),以此基准将当前无序区划分为左、右两个较小的子区间R[low..pivotpos-1)和R[pivotpos+1..high],并使左边子区间中所有记录的关键字均小于等于基准记录(不妨记为pivot)的关键字pivot.key,右边的子区间中所有记录的关键字均大于等于pivot.key,而基准记录pivot则位于正确的位置(pivotpos)上,它无须参加后续的排序。

注意:

 划分的关键是要求出基准记录所在的位置pivotpos。划分的结果可以简单地表示为(注意pivot=R[pivotpos]):
 R[low..pivotpos-1].keys≤R[pivotpos].key≤R[pivotpos+1..high].keys
              其中low≤pivotpos≤high。

2.求解:
  通过递归调用快速排序对左、右子区间R[low..pivotpos-1]和R[pivotpos+1..high]快速排序。

3.组合:

 因为当"求解"步骤中的两个递归调用结束时,其左、右两个子区间已有序。对快速排序而言,"组合"步骤无须做什么,可看作是空操作。
 <p><span><span style="font-family:Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif;line-height:19px;text-indent:26px;"><span style="font-size:14px;"><span style="font-family:Arial;line-height:26px;"><br></span></span></span></span></p>

排序演示:

假设一开始序列{xi}是:5,3,7,6,4,1,0,2,9,10,8。
此时,pivotpos=5,i=1,j=11,从后往前找,第一个比5小的数是x8=2,因此序列为:2,3,7,6,4,1,0,5,9,10,8。
此时i=1,j=8,从前往后找,第一个比5大的数是x3=7,因此序列为:2,3,5,6,4,1,0,7,9,10,8。
此时,i=3,j=8,从第8位往前找,第一个比5小的数是x7=0,因此:2,3,0,6,4,1,5,7,9,10,8。
此时,i=3,j=7,从第3位往后找,第一个比5大的数是x4=6,因此:2,3,0,5,4,1,6,7,9,10,8。
此时,i=4,j=7,从第7位往前找,第一个比5小的数是x6=1,因此:2,3,0,1,4,5,6,7,9,10,8。
此时,i=4,j=6,从第4位往后找,直到第6位才有比5大的数,这时,i=j=6,pivotpos成为一条分界线,它之前的数都比它小,之后的数都比它大,对于前后两部分数,可以采用同样的方法来排序。


时间复杂度:O (nlogn)


java代码实现:

//快速排序   对冒泡排序的一种改进
public class QuickSort {
    public static void main(String[] args) {

        int[] arr = new int[800000];
        for (int i = 0; i < 800000; i++) {
            int random = (int) (Math.random() * 100);
            arr[i] = random;
        }

        Date date = new Date(System.currentTimeMillis());
        System.out.println(date);
        quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
        date = new Date(System.currentTimeMillis());
        System.out.println(date);

    }

    public static void quickSort(int[] arr, int left, int right) {
        int l = left;//左下标
        int r = right;//右下标
        int temp = 0;
        int pivot = arr[(left + right) / 2]; //中间值
        while (l < r) {
            //pivot找 直到找到比pivot小的数为止
            while (arr[l] < pivot) {
                l += 1;
            }
            //pivot找 直到招到比pivot大的数为止
            while (arr[r] > pivot) {
                r -= 1;
            }
            //如果 l>= r ,则说明 pivot的左边全是小于pivot的数,右边全是大于povot的数
            if (l >= r) {
                break;
            }
            //交换位置
            temp = arr[l];
            arr[l] = arr[r];
            arr[r] = temp;
            //如果交换完之后, 发现arr[l] == pivot 则r-- ,前移
            if (arr[l] == pivot) {
                r -= 1;
            }
            //如果交换完之后, 发现arr[r]==pivot  则l--,往后移
            if (arr[r] == pivot) {
                l += 1;
            }
        }
        // 如果 l == r, 必须l++, r--, 否则为出现栈溢出
        if (l == r) {
            l += 1;
            r -= 1;
        }
        //向左递归
        if (left < r) {
            quickSort(arr, left, r);
        }
        //向右递归
        if (right > l) {
            quickSort(arr, l, right);
        }
//        System.out.println("排序后的数组:" + Arrays.toString(arr));
    }
}

执行时间展示:
随机排序800000个随机数耗时不到1s
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