算法与数据结构基础（四）高级排序算法2.快速排序

一、快速排序算法图解：

解析：快速排序分两步（分区域，调目标位置）：

1.分区域

如上图，默认第一个为目标数据v，橘色区域的数据小于v 紫色区域大于v，初始时，l 与j 位置重叠（橘色区域没数据），i开始在l的右边一个个扫描，大于v的不管（一开始就默认右边的都在紫色了），小于v的数 把这个数和 ++j更换（放到橘色区域）。这样橘色区域不断收纳小于v的数，直到i扫描到最后，分成橘 紫 两个区域。

2.调目标位置

把目标数据v(也就是l 下标) 换到j的位置交换。这样下来，目标数据左边都是小于它的，右边都是大于它的。完毕

二、通过如下代码不断递归调用快排就OK了

三、完整代码

Main.java

public class Main {

	public static void main(String[] args) {
		
		Integer[] data = SortTestHelper.generateRandomArray(1000000,0,1000000);
		
		SortTestHelper.testSort("test2.QuickSort",  data);
	}

}

QuickSort.java

public class QuickSort {

	public static void sort(Comparable[] data,int l,int r){
		
		if(l>=r)
			return;
		
		int p = parition(data,l,r);
		
		sort(data,p+1,r);
		sort(data,l,p-1);
		
	}
	
	private static int parition(Comparable[] data, int l, int r) {
		
		Comparable v = data[l];
		
		int j= l;
		
		//下面循环这个只负责把目标数据后面，分成两半（一半大一半小，而不动目标数据位置）
		for (int i = l+1; i <= r; i++) {
			
			if(v.compareTo(data[i])>0)
			{
				swap(data,++j,i);
			}
			
		}
		
		//把目标数据移动到适当位置
		swap(data,j,l);
		
		return j;
		
	}

	private static void swap(Comparable[] data, int a, int b) {
		
		Comparable tmp = data[a];
		data[a] = data[b];
		data[b] = tmp;
		
	}

	public static void sort(Comparable[] data){
		
		sort(data,0,data.length-1);
		
	}
	
}

SortTestHelper.java（测试排序性能、生成数据的）

import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.Class;
import java.util.Random;

public class SortTestHelper {

    // SortTestHelper不允许产生任何实例
    private SortTestHelper(){}

    // 生成有n个元素的随机数组,每个元素的随机范围为[rangeL, rangeR]
    public static Integer[] generateRandomArray(int n, int rangeL, int rangeR) {

        assert rangeL <= rangeR;

        Integer[] arr = new Integer[n];

        for (int i = 0; i < n; i++)
            arr[i] = new Integer((int)(Math.random() * (rangeR - rangeL + 1) + rangeL));
        return arr;
    }

    // 生成一个近乎有序的数组
    // 首先生成一个含有[0...n-1]的完全有序数组, 之后随机交换swapTimes对数据
    // swapTimes定义了数组的无序程度:
    // swapTimes == 0 时, 数组完全有序
    // swapTimes 越大, 数组越趋向于无序
    public static Integer[] generateNearlyOrderedArray(int n, int swapTimes){

        Integer[] arr = new Integer[n];
        for( int i = 0 ; i < n ; i ++ )
            arr[i] = new Integer(i);

        for( int i = 0 ; i < swapTimes ; i ++ ){
            int a = (int)(Math.random() * n);
            int b = (int)(Math.random() * n);
            int t = arr[a];
            arr[a] = arr[b];
            arr[b] = t;
        }

        return arr;
    }

    // 打印arr数组的所有内容
    public static void printArray(Object[] arr) {

        for (int i = 0; i < arr.length; i++){
            System.out.print( arr[i] );
            System.out.print( ' ' );
        }
        System.out.println();

        return;
    }

    // 判断arr数组是否有序
    public static boolean isSorted(Comparable[] arr){

        for( int i = 0 ; i < arr.length - 1 ; i ++ )
            if( arr[i].compareTo(arr[i+1]) > 0 )
                return false;
        return true;
    }

    // 测试sortClassName所对应的排序算法排序arr数组所得到结果的正确性和算法运行时间
    public static void testSort(String sortClassName, Comparable[] arr){

        // 通过Java的反射机制，通过排序的类名，运行排序函数
        try{
            // 通过sortClassName获得排序函数的Class对象
            Class sortClass = Class.forName(sortClassName);
            // 通过排序函数的Class对象获得排序方法
            Method sortMethod = sortClass.getMethod("sort",new Class[]{Comparable[].class});
            // 排序参数只有一个，是可比较数组arr
            Object[] params = new Object[]{arr};

            long startTime = System.currentTimeMillis();
            // 调用排序函数
            sortMethod.invoke(null,params);
            long endTime = System.currentTimeMillis();

            assert isSorted( arr );

            System.out.println( sortClass.getSimpleName()+ " : " + (endTime-startTime) + "ms" );
        }
        catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}