【算法】快速排序算法原理及实现

1.什么是快速排序算法

快速排序是对冒泡排序的一种改良版，通过一趟排序，把要排序的序列分割成两个部分，一部分的所有数据要比另一部分的数据都小，然后再根据这两部分的数据来进行快速排序。以此来达到整一个数据都变成了有序序列。

（1）快速排序基本思路

首先快速排序要选取一个基准值，以基准值为分割，把比该基准值小的放左边，基准值大的放右边。然后得出来的序列再进行快速排序。

（2）快速排序的应用场景

快速排序的时间复杂度为O（nlogn），是目前基于比较的内部排序里被认为是最好的方法，当数据过大并且数据是杂乱无序的时候，适合用快速排序。

（3）快速排序的优缺点

优点：平均性能好O（nlogn）
缺点：不稳定，如果初始的序列或基本的序列是有序的时候，时间复杂度为O（n²）。

2.快速排序算法图解

第一趟排序：以初始数据的头元素作为基准值来进行分割，把比25小的作为一部分，比25大的又作为一部分。
第二趟排序：比25小的那一部分以开头的15作为基准值来拆分成两部分，比15小的为一部分（8,12,4,10），比15大的为一部分（20）。此外另一组是比25大的，以46为基准值，比46小为一部分，比46大为一部分。
第三趟排序：比15小的以开头的8作为基准值又开始进行分组，分为比8小和比8大这两部分。
最后合并出来的数据就是已经排序好了的

拆分原理讲解
- 1.先是right从右往左找，寻找比基准值小的数，找到了10。接着left指针开始从左往右找，寻找比基准值大的数，找到了31，这时10与31进行互换。
- 2.然后right继续从右往左找，找到了4。然后left开始从左往右找，找到了46，这时4与46的位置进行交换。
- 3.这时right继续从右往左找，找到了15。left也开始从左往右找，它也到了15的位置。说明整个数据已经遍历过一次了。然后就是基准值跟两个指针重合的位置进行交换。
基准值的选取
- 固定位置选取基准值：选取第一个或者是最后一个元素作为基准值
- 随机选取基准值：选取待排序里的任意一个数作为基准值
- 三数取中法：取第一个数与中间数和最后一个数来比较，哪一个在中间那就以谁作为基准值。如：‘10’，‘44’，‘2’，这三个数10在中间，取10。

3.快速排序算法编码实现

（1）整体代码实现

public class QuickSort {public static void main(String[] args) {int[] arr = {25,12,20,31,8,46,15,4,50,10};System.out.println("排序前：");System.out.println(Arrays.toString(arr));quickSort(arr,0,9);System.out.println("排序后：");System.out.println(Arrays.toString(arr));}public static void quickSort(int[] arr,int leftIndex,int rightIndex){//递归 如果左边的索引大于右边的索引，跳出循环，递归结束if(leftIndex>rightIndex){return;}int left = leftIndex;int right = rightIndex;//定义基准值int key = arr[left];//扫描左边跟右边的数字，只有当left<right的时候才会循环while(left<right){//右边 找到一个最小的基准值,从右指针向前开始找while (right>left && arr[right]>=key){right--;}//找到之后，交换值arr[left] = arr[right];//左边 找到大于基准值的数字，从左指针向后开始找while(left<right && arr[left]<=key){left++;}//找到之后，交换值arr[right]=arr[left];//执行到这步，left=right,基准值归位arr[left]=key;//递归调用，对基准值左边的元素进行排序quickSort(arr,leftIndex,left-1);//递归调用，对基准值右边的元素进行排序quickSort(arr,right+1,rightIndex);}}
}

（2）运行结果

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