算法 - 快速排序

要点：分而治之，选取基准数，建立左右两个游标，两侧游标向基准数靠拢，交换元素，使左侧元素小于/大于基准数，右侧大于/小于基准数。并对左右部分进行递归。

import java.util.Random;

public class QuickSort<T extends Comparable> {

    public void sort(T[] arr, int left, int right) {
        if (left < right) {
            int originLeft = left;
            int originRight = right;
            // 基准数
            int index = new Random().nextInt(right - left) + left;
            T base = arr[index];
            System.out.println("基准数：" + base + "，区间：");
            for (int i = 0; i < 11; i++) {
                if (i >= left && i <= right) {
                    System.out.print("*");
                    continue;
                }
                System.out.print(" ");
            }
            System.out.println();
            // 相等就不交换，否则会不稳定
            if (arr[index] != arr[left]) {
                arr[index] = arr[left];
                arr[left] = base;
            }
            while (left < right) {
                while (arr[right].compareTo(base) >= 0 && left < right) {
                    printArr(arr, " => 右标移动");
                    right--;
                    printSign(right, "右标 ←");
                }
                if (left < right) {
                    printArr(arr, " => 发生赋值");
                    printSign(left, "左标位置");
                    printSign(right, "右标位置");
                    arr[left] = arr[right];
                    printArr(arr, " => 右赋值给左");
                    left++;
                    printSign(left, "左标 →");
                }
                while (arr[left].compareTo(base) < 0 && left < right) {
                    printArr(arr, " => 左标移动");
                    left++;
                    printSign(left, "左标 →");
                }
                if (left < right) {
                    printArr(arr, " => 发生赋值");
                    printSign(left, "左标位置");
                    printSign(right, "右标位置");
                    arr[right] = arr[left];
                    printArr(arr, " => 左赋值给右");
                    right--;
                    printSign(right, "右标 ←");
                }
            }
            arr[left] = base;
            printArr(arr, " => 基准数交换");
            System.out.println("- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ");
            sort(arr, originLeft, left - 1);
            sort(arr, left + 1, originRight);
        }
    }

    private void printArr(T[] arr, String message) {
        for (T n : arr) {
            System.out.print(n);
        }
        System.out.print(message);
        System.out.println();
    }

    private void printSign(int index, String message) {
        String[] arr = new String[]{" ", " ", " ", " ", " ", " ", " ", " ", " ", " ", " "};
        arr[index] = "^";
        for (String s : arr) {
            System.out.print(s);
        }
        System.out.print(" => " + message);
        System.out.println();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Integer[] arr = new Integer[]{1, 3, 8, 7, 6, 9, 5, 4, 3, 2, 0};
        QuickSort as = new QuickSort();
        as.sort(arr, 0, arr.length - 1);
    }

    /**
     * 基准数：5，区间：
     * ***********
     * 53876914320 => 发生赋值
     * ^           => 左标位置
     *           ^ => 右标位置
     * 03876914320 => 右赋值给左
     *  ^          => 左标 →
     * 03876914320 => 左标移动
     *   ^         => 左标 →
     * 03876914320 => 发生赋值
     *   ^         => 左标位置
     *           ^ => 右标位置
     * 03876914328 => 左赋值给右
     *          ^  => 右标 ←
     * 03876914328 => 发生赋值
     *   ^         => 左标位置
     *          ^  => 右标位置
     * 03276914328 => 右赋值给左
     *    ^        => 左标 →
     * 03276914328 => 发生赋值
     *    ^        => 左标位置
     *          ^  => 右标位置
     * 03276914378 => 左赋值给右
     *         ^   => 右标 ←
     * 03276914378 => 发生赋值 => 顺序未改变，稳定
     *    ^        => 左标位置
     *         ^   => 右标位置
     * 03236914378 => 右赋值给左
     *     ^       => 左标 →
     * 03236914378 => 发生赋值
     *     ^       => 左标位置
     *         ^   => 右标位置
     * 03236914678 => 左赋值给右
     *        ^    => 右标 ←
     * 03236914678 => 发生赋值
     *     ^       => 左标位置
     *        ^    => 右标位置
     * 03234914678 => 右赋值给左
     *      ^      => 左标 →
     * 03234914678 => 发生赋值
     *      ^      => 左标位置
     *        ^    => 右标位置
     * 03234919678 => 左赋值给右
     *       ^     => 右标 ←
     * 03234919678 => 发生赋值
     *      ^      => 左标位置
     *       ^     => 右标位置
     * 03234119678 => 右赋值给左
     *       ^     => 左标 →
     * 03234159678 => 基准数交换
     * - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
     * 基准数：4，区间：
     * ******
     * 43230159678 => 发生赋值
     * ^           => 左标位置
     *      ^      => 右标位置
     * 13230159678 => 右赋值给左
     *  ^          => 左标 →
     * 13230159678 => 左标移动
     *   ^         => 左标 →
     * 13230159678 => 左标移动
     *    ^        => 左标 →
     * 13230159678 => 左标移动
     *     ^       => 左标 →
     * 13230159678 => 左标移动
     *      ^      => 左标 →
     * 13230459678 => 基准数交换 => 顺序未改变，稳定
     * - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
     * 基准数：3，区间：
     * *****
     * 33210459678 => 发生赋值
     * ^           => 左标位置
     *     ^       => 右标位置
     * 03210459678 => 右赋值给左
     *  ^          => 左标 →
     * 03210459678 => 发生赋值
     *  ^          => 左标位置
     *     ^       => 右标位置
     * 03213459678 => 左赋值给右
     *    ^        => 右标 ←
     * 03213459678 => 发生赋值
     *  ^          => 左标位置
     *    ^        => 右标位置
     * 01213459678 => 右赋值给左
     *   ^         => 左标 →
     * 01213459678 => 左标移动
     *    ^        => 左标 →
     * 01233459678 => 基准数交换 => 顺序未改变，稳定
     * - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
     * 基准数：1，区间：
     * ***
     * 10233459678 => 右标移动
     *  ^          => 右标 ←
     * 10233459678 => 发生赋值
     * ^           => 左标位置
     *  ^          => 右标位置
     * 00233459678 => 右赋值给左
     *  ^          => 左标 →
     * 01233459678 => 基准数交换
     * - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
     * 基准数：9，区间：
     *        ****
     * 01233459678 => 发生赋值
     *        ^    => 左标位置
     *           ^ => 右标位置
     * 01233458678 => 右赋值给左
     *         ^   => 左标 →
     * 01233458678 => 左标移动
     *          ^  => 左标 →
     * 01233458678 => 左标移动
     *           ^ => 左标 →
     * 01233458679 => 基准数交换
     * - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
     * 基准数：6，区间：
     *        ***
     * 01233456879 => 右标移动
     *         ^   => 右标 ←
     * 01233456879 => 右标移动
     *        ^    => 右标 ←
     * 01233456879 => 基准数交换
     * - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
     * 基准数：8，区间：
     *         **
     * 01233456879 => 发生赋值
     *         ^   => 左标位置
     *          ^  => 右标位置
     * 01233456779 => 右赋值给左
     *          ^  => 左标 →
     * 01233456789 => 基准数交换
     * - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
     *
     * 分治法，递归
     * => 遍历次数：与基准数选择和数据分布有关
     * => 时间复杂度：O(nlogn)
     * => 稳定性：稳定
     *
     */

}