快速排序

快速排序通过分割值列,然后递归的对两个部分进行排序,从而实现对值列的排序。它的基本思想是:通过一趟排序将要排序的数据分割成独立的两部分,其中一部分的所有数据都比另外一部分的所有数据都要小,然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序

首先任意选取一个数据(通常选用第一个数据)作为关键数据,然后将所有比它小的数都放到它前面,所有比它大的数都放到它后面,这个过程称为一趟快速排序。

怎么实现呢?---

它的关键在于完成一趟快排后,基准元素在哪个位置,每次都选取一个分割列的第一个元素作为基准元素,来寻找用它来分割排序列后它自己所处的位置,编写一个

int findPartition(data,min,max)方法,用于使用data[min]作为基准元素把data[min]到data[max]分割为两个部分,并返回分割以后基准元素自己所在的位置索引。

在主函数里这样来调用:

public static void quickSort(Comparable[] data,int min,int max) {

    int mid;
    if(min < max)
    {
        mid = findPartition(data,min,max);
        quickSort(data,min,mid-1);
        quickSort(data,mid+1,max);
    }

}

理解递归过程:::if(min < max),实际上就是要将值列分割为单一的元素(递归的最深一层),在得到基准元素的位置min后,基准元素在数组中的位置就最终确定,剩下只对左右两侧的分割列
排序:quickSort(data,min,mid-1); quickSort(data,mid+1,max);

下面来看最重要的实现部分,如何实现findPartition函数:

将第一个元素作为基准元素不要动,设两个指针left和right,left从左往右移动寻找比基准元素大的数,right从右往左移动寻找比基准元素小的数,当它们都找到对应的left和right的位置时,交换
这两个元素。重复这个过程,直到right < left.这时,除基准元素外,从min+1到right的元素都比基准元素小,left到max的元素都比基准元素大。形成了这样一个序列:

基准元素(data[min]) ....比基准元素小的...... data[right] | data[left] ......比基准元素大的

交换基准元素和data[right]即可得到 以基准元素为分割线的 左右两个分割列。

这里我把 排序递归的调用 与 分割值列和寻找分割位置(核心部分) 分开写成两个方法,为了显得逻辑更加清楚。

//快排:快排是一个递归的过程!!!!
public static void quickSort(Comparable[] data,int min,int max) {

    int mid;
    if(min < max)
    {
        mid = findPartition(data,min,max);
        quickSort(data,min,mid-1);
        quickSort(data,mid+1,max);
    }

}

//快排的支持方法
public static int findPartition(Comparable[] data,int min,int max){
    int left,right;
    Comparable temp,partitionelement;

    left = min;right = max;
    partitionelement = data[min];//partitionelement 是data[min]的一个副本

    while(left < right)
    {
        while(data[left].compareTo(partitionelement) <= 0 && left < right)
            left++;
        while(data[right].compareTo(partitionelement) > 0)
            right--;
        if(left < right)
        {
            temp = data[left];
            data[left] = data[right];
            data[right] =temp;
        }
    }

    temp = data[min];
    data[min] = data[right];
    data[right] = temp;

    //错错误的写法,要的是把第一个元素和data[right]交换,而不是它的副本
    //temp = data[right];
    //data[right] = partitionelement;
    //partitionelement = temp;

    return right;
}

归并排序

归并排序也是一个递归的实现,其关键在于合并两个有序集:

void merge(Comparable[] data,int min,int mid,int max)

数组data从min到mid有序,从mid+1到max有序,合并这两部分,使得从min到max有序,且这个有序序列仍然放在data的从min到max下标里。

这样来递归调用:

//归并排序:归并是一个递归的过程,其关键部分在于合并2个有序集
public static void mergSort(Comparable[] data,int min,int max){
    int mid = (min + max)/2;
    //递归的过程
    if(max > min){
        mergSort(data,min,mid);
        mergSort(data,mid+1,max);
        merge(data,min,mid,max);
    }
}

理解递归的过程:每次merg一次,在data原来的那一段位置上把data排好序了,不影响其他位置。

下面来实现关键部分,在data里合并min到mid,mid+1到max两个有序集,合并后位置仍放到min到max上,借助于申请一个与data大小相等的空间!!!

这个地方开始没有想清楚:应该是Comparable[] temp = new Comparable[max+1];

而不是Comparable[] temp = new Comparable[max - min + 1];想一想为什么? 因为max是下标, max - min + 1 肯定会出现数组越界错误!

每递归一次就会调用一次merge,实际上temp每次都会重新分配一下,利用temp把data从min到max排好序,并放在data的这一段位置上

完整代码:

//归并排序:归并是一个递归的过程,其关键部分在于合并2个有序集
public static void mergSort(Comparable[] data,int min,int max){
    int mid = (min + max)/2;
    //递归的过程
    if(max > min){
        mergSort(data,min,mid);
        mergSort(data,mid+1,max);
        merge(data,min,mid,max);
    }
}

//支持方法:合并2个有序集,借助于申请一个与两个有序集大小之和相等的空间。
public static void merge(Comparable[] data,int min,int mid,int max){
    Comparable[] temp = new Comparable[max+1];
    //Comparable[] temp = new Comparable[max - min + 1];错误!!!
    int begin1 = min;
    int begin2 = mid + 1;
    int index = min;//注意index是从min开始的!!!

    while(begin1 <= mid && begin2 <= max){
        if(data[begin1].compareTo(data[begin2]) < 0)
            temp[index++] = data[begin1++];
        else
            temp[index++] = data[begin2++];
    }

    if(begin1 > mid)
        for(int i = begin2;i <= max;i++)
            temp[index++] = data[i];
    if(begin2 > max)
        for(int i = begin1;i <= mid;i++)
            temp[index++] = data[i];

    for(int i = min;i <= max;i++)//对应的位置!!!!
        data[i] = temp[i];
    }

}

这个程序调试了半天才好,主要还是没把递归的过程想清楚,data在每次递归的过程中不能被覆盖,它排好了序的部分就不能动了!!!

另外就是temp申请空间这个地方,是max+1,而不是max-min+1的大小,否则会导致数组越界

刚才代码效果乱了,悲剧 ,又重新复制了一遍,耽误了半天时间。

好了,有空再写个性能的比较总结。

文章转自cnblog-jinmengzhe

Q.E.D.