排序

Ⅰ. 排序

一. quicksort

1. 手敲

注释版

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void quicksort(int q[],int l,int r){
    
    //递归终止的情况
    if(l>=r)return;
    
    //子问题处理
    int mid=q[l+r>>1],i=l-1,j=r+1;   //quicksort中的mid为数而不是下标
     //>>1速度比/2更快			//取中值比取随机值更快，且能防止因为边界问题导致死循环
    
    while(i<j){         //不需要=，i==j便停止     
        do i++;while(q[i]<mid);   //=mid时也停止可以有效防止越界（需要理解这点）
        do j--;while(q[j]>mid); //该操作使i,j交点处左边的数均小于mid，右边的数均大于mid
        if(i<j)swap(a[i],a[j]);   //大于等于时不用交换
    }
    
    //递归处理子问题
    quicksort(q,l,j),quicksort(q,j+1,r);   //i不一定==j
}

//注l，r相邻时，意qsort(l,r)不能分治为qsort(l,r)否则会死循环
//(l+r)>>1 =l
//quicksort(q,l,l),quicksort(q,r,r);   //正确
//quicksort(q,l,i),quicksort(q,i+1,r);   -->  quicksort(q,l,r),quicksort(q,r+1,r);错误

简洁版

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void qsort1(int a[],int l,int r){
	if(l >= r)return ;
	int mid = a[l + r >> 1],i = l - 1, j = r + 1;  		//int mid = a[l + r + 1>> 1]
	while(i < j){
		do i ++;while(a[i] < mid);
		do j --;while(a[j] > mid);
		if(i < j)swap(a[i],a[j]);
	}
	qsort1(a,l,j),qsort1(a,j + 1,r);   		//qsort1(a,l,i),qsort1(a,i + 1,r);
}"排序后(从小到大)"
void qsort2(int a[],int l,int r){
	if(l >= r)return ;
	int mid = a[l + r >> 1],i = l - 1, j = r + 1;
	while(i < j){
		do i ++;while(a[i] > mid);   //符号相反 
		do j --;while(a[j] < mid);
		if(i < j)swap(a[i],a[j]);
	}
	qsort2(a,l,j),qsort2(a,j + 1,r);
}"排序后(从小到大)"

bool cmp(int a,int b){
	return a > b;
}

"排序后(从小到大):  "	sort(a,a+n);   //qsort1(a,a,n);   
"排序后(从小到大):  "	sort(a,a+n,cmp);   //qsort2(a,a,n);

总结快排思路

1. 有数组 $q$, 左端点 $l$, 右端点$r$

2. 确定划分边界 $x$

3. 将 $q$ 分为 $\le x$ 和 $\ge x$ 的两个小数组

   $i$的含义: $i$ 之前的元素都 $\le x$, 即 $q[l..i-1]\le x$

   $j$ 的含义:$j$之后的元素都 $\ge x$, 即 $q[j+1..r]\ge x$

   结论: while 循环结束后, $q[l..j]\le x,q,q[j+1..r]\ge x$

   简单不严谨证明

   while 循环结束时, $i\ge j$
   若 $i>j$, 显然成立

   若 $i=j$

   ∵ 最后一轮循环中两个 do−while 循环条件都不成立

   ∴ $q[i]\ge x,q[j]\le x$

   ∴ $q[i]=q[j]=x$

   ∴ 结论成立

4. 递归处理两个小数组

2. sort

二. mergesort

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void mergesort(int q[],int l,int r){
    //递归的终止情况
    if(l>=r)return;    //相等就不用再排序啦
    
    //第一步：分成子问题
    int mid=l+r>>1;
    
    //第二步：递归处理子问题
    mergesort(q,l,mid),mergesort(q,mid+1,r);  //分治
    
    //第三步：合并子问题
    int k=0,i=l,j=mid+1;
    while(i<=mid&&j<=r){    //=压入最后一个元素
        if(q[i]<=q[j])temp[k++]=q[i++];         //一般第一短优先，大于时从大到小排序，小于号时从小到大排序
        else temp[k++]=a[j++];
    }
    while(i<=mid)temp[k++]=q[i++];
    while(j<=r)temp[k++]=q[j++];     //另一端末端
    
    for(int i=l,k=0;i<=r;i++)q[i]=temp[k++];   //返回原数组
}

//注意temp如果在函数中定义的话不要t[N]

总结归并思路

1. 有数组 $q$, 左端点 $l$, 右端点 $r$

2. 确定划分边界 $mid$

3. 递归处理子问题 $q[l..mid],q[mid+1..r]$

4. 合并子问题

   ① 主体合并

   至少有一个小数组添加到 $tmp$ 数组中

   ② 收尾

   可能存在的剩下的一个小数组的尾部直接添加到 $tmp$ 数组中

   ③ 复制回来

   $tmp$ 数组覆盖原数组