快速排序——一次快排的应用（笔试&面试）

将数组中的大写字母与小写字母分开

一：一个数组总存储有且in有大写和小写字母，编写一个函数对数组内的字母重新排列，让小写字母在所有大写字母之前。（相对顺序没有要求）【2012·中兴、2013·腾讯】

使用快排的一次排列即可实现，代码如下：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;

bool isUpper( char ch ) //equal isupper()
{
    if( ch >='A' && ch <= 'Z')
        return true;
    return false;
}

bool isLower( char ch )//equal islower()
{
    if( ch >= 'a' && ch <= 'z')
        return true;
    return false;
}

void Partition(string &arr, int len) //快排的一次排序过程
{
    if( len <= 1)
        return;

    int low = 0;
    int high = len-1;

    while( low < high)
    {
        while( low < high && isUpper(arr[high]) ) --high; //如果是大写字母，位置向前移动
        while( low < high && isLower(arr[low]) ) ++low; //如果是小写字母,位置向后移动
        char tmp = arr[low]; //交换
        arr[low] = arr[high];
        arr[high] = tmp;
    }
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    string  str= "HElloWorlDThanKYOU";
    cout <<"Before: "<< str << endl;;

    Partition( str, str.size() );
    cout <<"After : "<< str << endl;
    return 0;
}

二：给定含有 n 个元素的整形数组 arr， 其中包括 0 元素和非 0 元素，对数组进行排列，要求：【2012·人民搜索】
1、排序后所有 0 元素在前，所有非零元素在后，且非零元素排序前后相对位置不变。

2、不能使用额外存储空间；

例如：

输入 0、 3 、0、 2、1、 0、 0

输出 0、 0、 0、 0、 3、 2、1

思路：此处要求非零元素排序前后相对位置不变，因此可以利用快苏排序一次排序的第二种情况（两个指针索引一前一后移动），代码如下：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;

const int N = 7;
void ZeroPatition( int *arr, int len)
{
    int slow =len-1; //最末尾一个元素

    for(int fast = slow; fast>=0; --fast)
    {
        if( arr[fast] != 0)
        {
            if( slow != fast) //位置不同时交换
            {
                arr[slow] = arr[fast];
                arr[fast] =0;
            }
            slow--;//向前移动
        }
    }
}

void print(int *arr, int len)
{
    for(int i= 0; i < len; ++i)
        cout << arr[i]<<" ";
    cout << endl;
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //int arr[N] = {0, 3, 0, 2, 1, 0, 0};
    int arr[N] = {0, 3, 0, 0, 2, 0, 1};
    print(arr, N);

    ZeroPatition(arr, N);
    print(arr, N);
    return 0;
}

三：荷兰国旗问题

将乱序的红白蓝三色小球排列成同颜色在一起的小球组（按照红白蓝排序），这个问题称为荷兰国旗问题。

这是因为我们可以将红白蓝三色小球想象成条状物，有序排列后正好组成荷兰国旗。如下图所示：其中 0代表红球，2为篮球，1为白球。

解答：这个问题类似于快排中的partition过程。不过，要用三个指针，一前begin、一中current、一后end。begin与current同时初始化为数组首部，end初始化指向数组尾部

1、current遍历整个数组序列，current指1时，不交换，current++;
2、current指0时，与begin交换，而后current++，begin++;
3、current指2时，与end交换，而后current不动，end--。

主体代码如下：

//荷兰国旗问题
void Flag_Netherland(int *arr, int len)
{
    int current =0, begin =0, end = len-1;

    while(current <= end)
    {
        if(arr[current] == 0)
        {
            swap(&arr[begin], &arr[current]);
            current ++;
            begin++;
        }
        else if( arr[current] == 1)
        {
            current ++;
        }
        else // arr[current]==2
        {
            swap( &arr[current], &arr[end]);
            end--;
        }
    }
}

完整代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#define N 10

void print_Arr(int *arr, int len)
{
    int i;
    for (i = 0; i < len; ++i)
    {
        printf("%2d", arr[i]);
    }
    printf("\n");
}

void init_Arr(int *arr, int len)
{
    int i = 0;
    while( i < len)
    {
        arr[i] = rand()%3;
        ++i;
    }
}

void swap(int* left, int *right)
{
    int tmp = *left;
    *left = *right;
    *right = tmp;
}

//荷兰国旗问题
void Flag_Netherland(int *arr, int len)
{
    int current =0, begin =0, end = len-1;

    while(current <= end)
    {
        if(arr[current] == 0)
        {
            swap(&arr[begin], &arr[current]);
            current ++;
            begin++;
        }
        else if( arr[current] == 1)
        {
            current ++;
        }
        else // arr[current]==2
        {
            swap( &arr[current], &arr[end]);
            end--;
        }
    }
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    srand(time(NULL));
    
    int arr[N];
    init_Arr(arr, N);
    printf("Before:\n");
    print_Arr(arr, N);

    Flag_Netherland(arr, N);
    printf("After\n");
    print_Arr(arr, N);
    return 0;
}

完毕。