快速排序

/*

（小数，基准元素，大数）。在区间中随机挑选一个元素作基准，将小于基准的元素放在基准之前，大于基准的元素放在基准之后，再分别对小数区与大数区进行排序。

快速排序思路：
1. 选取第一个数为基准
2. 将比基准小的数交换到前面，比基准大的数交换到后面
3. 对左右区间重复第二步，直到各区间只有一个数

*/

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// 快速排序（递归）
void QuickSort(vector<int>& v, int low, int high) {
    if (low >= high)        // 结束标志
        return;
    int first = low;        // 低位下标
    int last = high;        // 高位下标
    int key = v[first];        // 设第一个为基准

    while (first < last)
    {
        // 将比第一个小的移到前面
        while (first < last && v[last] >= key)
            last--;
        if (first < last)
            v[first++] = v[last];

        // 将比第一个大的移到后面
        while (first < last && v[first] <= key)
            first++;
        if (first < last)
            v[last--] = v[first];
    }
    // 基准置位
    v[first] = key;
    // 前半递归
    QuickSort(v, low, first - 1);
    // 后半递归
    QuickSort(v, first + 1, high);
}

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// 模板实现快速排序（递归）
template <typename T>
void quick_sort_recursive(T arr[], int start, int end) {
    if (start >= end)
        return;
    T mid = arr[end];
    int left = start, right = end - 1;
    while (left < right) {
        while (arr[left] < mid && left < right)
            left++;
        while (arr[right] >= mid && left < right)
            right--;
        std::swap(arr[left], arr[right]);
    }
    if (arr[left] >= arr[end])
        std::swap(arr[left], arr[end]);
    else
        left++;
    quick_sort_recursive(arr, start, left - 1);
    quick_sort_recursive(arr, left + 1, end);
}
template <typename T> //整數或浮點數皆可使用,若要使用物件(class)時必須設定"小於"(<)、"大於"(>)、"不小於"(>=)的運算子功能
void quick_sort(T arr[], int len) {
    quick_sort_recursive(arr, 0, len - 1);
}

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// 模板实现快速排序（迭代）
struct Range {
    int start, end;
    Range(int s = 0, int e = 0) {
        start = s, end = e;
    }
};
template <typename T> // 整數或浮點數皆可使用,若要使用物件(class)時必須設定"小於"(<)、"大於"(>)、"不小於"(>=)的運算子功能
void quick_sort(T arr[], const int len) {
    if (len <= 0)
        return; // 避免len等於負值時宣告堆疊陣列當機
    // r[]模擬堆疊,p為數量,r[p++]為push,r[--p]為pop且取得元素
    Range r[len];
    int p = 0;
    r[p++] = Range(0, len - 1);
    while (p) {
        Range range = r[--p];
        if (range.start >= range.end)
            continue;
        T mid = arr[range.end];
        int left = range.start, right = range.end - 1;
        while (left < right) {
            while (arr[left] < mid && left < right) left++;
            while (arr[right] >= mid && left < right) right--;
            std::swap(arr[left], arr[right]);
        }
        if (arr[left] >= arr[range.end])
            std::swap(arr[left], arr[range.end]);
        else
            left++;
        r[p++] = Range(range.start, left - 1);
        r[p++] = Range(left + 1, range.end);
    }
}