排序——快速排序

1.选取枢纽元：三数中值分割法，得到的中间值即作为mid，将数组分为arrays[mid]左边的比它小，右边的比它大

2.进行划分partition：首先将arrays[mid]放在arrays[high]处，然后对数组范围内的数值进行比较，

（左右两边分别有一个指针来进行寻找，arrays[left] <= arrays[high]，arrays[right] >= arrays[high]）找到不符合要求的值，在左右交换位置。

在left>=right时，终止查找，然后将swap(arrays, left, high);即可将枢纽元放入合适的位置

3.循环进行左右两侧的选择枢纽元，划分

注意：在partition之后，传回来的是划分好之后arrays[mid]应该在的位置，而不再是mid处了

 

排序中的划分部分可以衍生出很多的问题：

数据结构--荷兰国旗问题

利用荷兰国旗问题的解法衍生出的随机快排解法

注意在生成随机数时，是 (int)(Math.random() * (right - left + 1)) + left  

快排优化：
* 1.使用荷兰国旗法进行划分
* 2.使用随机快排：将一直选取最后一个数进行比较的经典快排，改为随机选取一个数进行比较
* 生成随机数的方法  int num = (int)(Math.Random()*(high - low + 1) + low);
* 使用空间复杂度O（logN），用来记录各个递归中的断点，用来进行另外一半的递归
* 工程上快排是非递归的

public void quickSort(Integer[] arrays){
        if(arrays.length == 0) return;
        randomQuickSort( arrays, 0, arrays.length - 1 );
    }

    //随机快排
    public void randomQuickSort(Integer[] arrays, int left, int right){
        if(left >= right) return;
        swap(arrays, left + (int)(Math.random() * (right - left + 1)), right);
        int[] p = partitionRandom(arrays, left, right);
        randomQuickSort( arrays, left, p[0] - 1 );
        randomQuickSort(arrays, p[1] + 1, right);
    }

    public int[] partitionRandom(Integer[] arrays, int left, int right){
        int low = left - 1;
        int high = right;

        while(left < high){
            if(arrays[left] < arrays[right]){
                swap(arrays, ++low, left++);
            } else if(arrays[left] > arrays[right]){
                swap(arrays, --high, left);
            } else {
                left++;
            }
        }
        swap(arrays, right, high);

        return new int[]{low + 1, high};
    }

　　

一般的解法

 

package sort;
import static sort.PrintRes.swap;
/**
 * Created by Skye on 2018/3/27.
 */
public class QuickSort {
    public void quickSort(Integer[] arrays){
        if(arrays.length == 0) return;
        quickSort( arrays, 0, arrays.length - 1 );
    }

    public void quickSort(Integer[] arrays, int low, int high){
        if(low >= high) return;
        int mid = threeMid(arrays, low, high);
        swap(arrays, mid, high);
        int num = partition(arrays, low, high);
        quickSort( arrays, low, num - 1 );
        quickSort(arrays, num + 1, high);

    }

    public int threeMid(Integer[] arrays, int low, int high){
        int mid = (low + high) / 2;
        if(arrays[low] > arrays[mid]) swap(arrays, low, mid);
        if(arrays[low] > arrays[high]) swap( arrays, low, high );
        if(arrays[mid] > arrays[high]) swap( arrays, mid, high );
        return mid;
    }

    public int partition(Integer[] arrays, int low, int high){
        int left = low;
        int right = high - 1;

        //把arrays[mid]放到合适的位置
        while(left < right){
            while(left < right && arrays[left] <= arrays[high]) {
                left++;
            }
            while(right > left && arrays[right] >= arrays[high]) {
                right--;
            }
            swap(arrays, left, right);
        }
        swap(arrays, left, high);
        return left;
    }
}

　　

注意：可以将交换改成覆盖，来减少交换次数  将partition方法修改

对于小数组，可以将排序改为插入排序   将quickSort(Integer[] arrays, int low, int high)修改

　　还可以将递归改成尾迭代：（不太懂）

最终版

package sort;
import static sort.PrintRes.swap;
public class QuickSort {
    public void quickSort(Integer[] arrays){
        if(arrays.length == 0) return;
        quickSort( arrays, 0, arrays.length - 1 );
    }
    public void quickSort(Integer[] arrays, int left, int right){
        if(left >= right) return;
        if(right - left > 10){
            int mid = threeMid(arrays, left, right);
            swap(arrays, mid, right);
            int num = partition(arrays, left, right);
            quickSort( arrays, left, num - 1 );
            quickSort(arrays, num + 1, right);
        } else{
            for(int i = left + 1; i <= right; i++){
                int j = i - 1;
                int temp = arrays[i];
                for(; j >= left; j--){
                    if(arrays[j] < temp) break;
                    arrays[j + 1] = arrays[j];
                }
                arrays[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
    public int threeMid(Integer[] arrays, int left, int right){
        int mid = (left + right) / 2;
        if(arrays[left] > arrays[mid]) swap(arrays, left, mid);
        if(arrays[left] > arrays[right]) swap( arrays, left, right );
        if(arrays[mid] > arrays[right]) swap( arrays, mid, right );
        return mid;
    }
    public int partition(Integer[] arrays, int left, int right){
        int low = left;
        int high = right;
        //把arrays[mid]放到合适的位置
        //枢纽元放在最右边，记录枢纽元的值
        int temp = arrays[right];
        while(low < high){
            while(low < high && arrays[low] <= temp) {
                low++;
            }
            //相当于交换arrays[left] arrays[right]，交换后，right-1（开始时，right处放置的是枢纽元的值，就是将枢纽元覆盖掉）
            arrays[high--] = arrays[low];
            while(high > low && arrays[high] >= temp) {
                high--;
            }
            //相当于交换arrays[left] arrays[right]，交换后，left+1（此时，arrays[left]的值已经存放在arrays[right]中了）
            arrays[low++] = arrays[high];
        }
        //最后再将枢纽元放回到数组中
        arrays[low] = temp;
        return low;
    }
}