c语言快速排序实现方法-创新互联

快排

原理：
- 从待排序区间选择一个数，作为基准值(pivot)
- Partition: 遍历整个待排序区间，将比基准值小的（可以包含相等的）放到基准值的左边，将比基准值大的（可以包含相等的）放到基准值的右边
- 采用分治思想，对左右两个小区间按照同样的方式处理，直到小区间的长度等于1，代表已经有序，或者小区间的长度等于0，代表没有数据。
快排是一个不稳定的排序

实现方式

快排的逻辑其实很简单，

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递归分治

代码如下：

public static void quickSort(int[] array) {
     //待排序区间为[0, array.length - 1]
     quickSortIternal(array, 0, array.length - 1);
}

private static void quickSortIternal(int[] array, int left, int right) {
     if(left >= right)
         return;

     //这里的就选择最左边的元素作为基准值来操作
     //index表示基准值停留的下标
     int index = partition(array, left, right);

     quickSortIternal(array, left, index - 1);
     quickSortIternal(array, index + 1, right);
}

非递归分治
通过使用栈实现，将数组的左右下标放入栈中
每次取出判断left和right的关系，如果left >= right 表示该小区间排序完毕
存入每个区间的左右两下标，依次循环，当栈为空时，表示排序结束

代码如下：

public static void quickSort2(int[] array) {
       Stack stack = new Stack<>();
       stack.push(array.length - 1);
       stack.push(0);

       while(!stack.isEmpty()) {
           int left = stack.pop();
           int right = stack.pop();

           if(left >= right) {
               continue;
           }

           int index = partition(array, left, right);

           stack.push(right);
           stack.push(index + 1);

           stack.push(index - 1);
           stack.push(left);
       }
   }

重点是partition的实现
- 实现方法一： Hoare法
- 使用双引用的的方式，一个指向区间的最左边，一个指向区间的最右边，两个引用向中间遍历的靠拢
- 如果左引用指向的值小于等于基准值就移动
- 如果右引用指向的值大于等于基准值就移动
- 当左引用遇到大于基准值的数据且右引用遇到小于基准值的数据时，交换这两个引用处的数据
- 当两个引用相遇时说明本次partition结束，返回基准值的下标
- 代码如下：
```
public int partition(int[] array, int left, int right) {
       int pivot = array[left];
       int l = left;
       int r = right;

       while(l < r) {
           while(l < r && array[r] >= pivot) {
               r--;
           }
           while(l < r && array[l] <= pivot) {
               l++;
           }
           swap(array, l, r);
       }
       swap(array, left, l);
       return l;
   }

   private static void swap(int[] array, int i, int j) {
       int tmp = array[i];
       array[i] = array[j];
       array[j] = tmp;
   }
```
- 实现方法二：填坑法
- 同样需要双引用，指定一个变量保存基准值，假象基准值的位置是一个“坑”
- 右引用遇到大于等于基准值的数值就向左移动，直到遇到第一个小于基准值的数值，将该数值填到“坑”中，此处的位置是一个新的“坑”
- 开始移动左引用，只有遇到一个大于基准值的数值时，填到“坑”中
- 直到左引用和右引用相遇时说明只剩最后一个坑了，将基准值填到“坑”中，返回基准值的下标，本次partition结束
- 代码如下：
```
public int partition(int[] array, int left, int right) {
   int pivot = array[left];
   int l = left;
   int r = right;

   while(l < r) {
       while(l < r && array[r] >= pivot) {
           r--;
       }
       array[l] = array[r];
       while(l < r && array[l] <= pivot) {
           l++;
       }
       array[r] = array[l];
   }
   array[l] = pivot;
   return l;
}
```
- 实现方法三：前后遍历法
- 同样是使用双引用slow和fast，起初同时指向基准值的后一个元素left + 1
- 引用fast向后遍历，如果遍历到的数值大于基准值就向后移动
- 遇到小于基准值的数值时，交换slow引用和fast引用指向的值，slow向后移动一位
- 始终保证slow之前的值都是小于基准值的数值，slow和fast之间的是大于等于基准值的数值，当fast移动到区间最右端right时，遍历结束
- 此时show - 1处的数值为最遍历结束后最后一个小于基准值的数值
- 交换left和slow - 1两位置处的数值，slow - 1表示下标即是基准值的下标，返回slow - 1
- 代码如下：
```
private int partition(int[] array, int left, int right) {
       int pivot = array[left];
       int slow = left + 1;
       int fast = left + 1;

       while(fast <= right) {
           if(array[fast] < pivot) {
               swap(array, slow, fast);
               slow++;
           }
           fast++;
       }
       swap(array, left, slow - 1);
       return slow - 1;
   }
```
基准值的选择
- 两边取其一（左或者右）
- 随机选择
- 几数取中（例三数取中：array[left], array[mid], array[right] 大小是中间的为基准值）

性能分析

时间复杂度：
- 最好的情况：O(N*logN)
- 平均情况：O(N*logN)
- 最坏的情况：O(N^2)
空间复杂度：O(1)
- 最好的情况：O(logN)
- 平均情况：O(logN)
- 最坏的情况：O(N)
稳定性：不稳定

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