快排Java代码实现（Quick Sort）

1. 快排算法思路

基本思想：通过一趟快速排序将待排数组分割成独立的两份部分; 其中一部分数组的值均比另一部分数组的值小，则可分别对着两部分数组继续进行排序，以达到整个序列有序。

快排的平均时间复杂度为n*log（n），最坏的时间复杂度为 n^2。

一趟快速排序：首先先选一个值（通常选择数组第一个值）作为枢轴，然后按下述原则重新排列其余的值，将数组中所有小于枢轴的值放在枢轴前面，数组中所有大于枢轴的值放在枢轴后面。将枢纽最后的位置作为分界线，将数组分成两部分（两部分均不包含枢轴），这个过程称作一趟快速排序。

一趟快速排序的具体做法：

1. 设两个指针 low 和 high ，他们的初始值分别为数组开始的下标 start，数组结束的下标end

2. 枢轴值为 pivotKey

3. 则首先从 high 所指位置向前搜索，搜索到第一个小于 pivotKey 的值，然后将这个值和 pivotKey 互相交换。

4. 从 low 所指位置向后搜索，搜索到第一个大于 pivotKey 的值，然后将这个值和 pivotKey 互相交换。

5. 重复前两步操作（3，4），直至 low == high 。

2. Java 代码实现

完全按照上面的思路的 Java 代码如下：

package sort;/*** 快速排序(Quick Sort) Java代码实现* 快排时间复杂度：n*log(n)*/public class MySort {public static void main(String args[]) {int[] arr = new int[]{49, 38, 65, 97, 76, 13, 27};MySort mySort = new MySort();System.out.print("排序前的数组： ");PrintArray(arr, 0, arr.length-1);mySort.quickSort(arr, 0, arr.length-1);System.out.print("排序后的结果： ");PrintArray(arr, 0, arr.length-1);}/*** 对数组 arr 下标从 start 到 end 的内容进行排序* @param arr：待排序数组* @param start：开始的下标* @param end：结束的下标*/public static void quickSort(int[] arr, int start, int end) {if(start >= end) {return;}// 1.  设两个指针 low 和 high ，他们的初始值分别为数组开始的下标 start，数组结束的下标endint low = start;int high = end;// 2.  枢轴值为 pivotKeyint pivotKey = arr[start];// 5. 重复前两步操作（3，4），直至 low == highwhile (low<high) {// 3. 首先从 high 所指位置向前搜索，搜索到第一个小于 pivotKey 的 值，然后将这个值和  pivotKey 互相交换while (low<high && arr[high]>=pivotKey) {--high;}int temp1 = arr[low];arr[low] = arr[high];arr[high] = temp1;// 4. 从 low 所指位置向后搜索，搜索到第一个大于 pivotKey 的 值，然后将这个值和  pivotKey 互相交换。while (low<high && arr[low]<=pivotKey) {++low;}temp1 = arr[low];arr[low] = arr[high];arr[high] = temp1;}// 对 小于枢轴值的那部分数组值 进行快排quickSort(arr, start, low-1);// 对 大于枢轴值的那部分数组值 进行快排quickSort(arr, low+1, end);}/***输出数组中的值* @param arr：数组* @param start：数组开始的下标* @param end：数组结束的下标*/public static void PrintArray(int[] arr, int start, int end) {for (int i=start; i<=end; i++) {System.out.print(arr[i] + " ");}System.out.println("");}
}

运行可得：

3. 简单的优化

进行一次数值交换，如：temp1 = arr[low]; arr[low] = arr[high]; arr[high] = temp1，需要三次赋值，temp1 = arr[low]; arr[high] = temp1 这两次赋值其实是多余的，因为当 low == high ，也就是最终的位置 low ，就是枢轴值的位置，我们只需要在一次快排结束后将枢轴值放到 low 位置就可以了。Java源码如下。

package sort;/*** 快速排序(Quick Sort) Java代码实现* 快排时间复杂度：n*log(n)*/public class MySort {public static void main(String args[]) {int[] arr = new int[]{49, 38, 65, 97, 76, 13, 27};MySort mySort = new MySort();System.out.print("排序前的数组： ");PrintArray(arr, 0, arr.length-1);mySort.quickSort(arr, 0, arr.length-1);System.out.print("排序后的结果： ");PrintArray(arr, 0, arr.length-1);}/*** 对数组 arr 下标从 start 到 end 的内容进行排序* @param arr：待排序数组* @param start：开始的下标* @param end：结束的下标*/public static void quickSort(int[] arr, int start, int end) {if(start >= end) {return;}// 1.  设两个指针 low 和 high ，他们的初始值分别为数组开始的下标 start，数组结束的下标endint low = start;int high = end;// 2.  枢轴值为 pivotKeyint pivotKey = arr[start];// 5. 重复前两步操作（3，4），直至 low == highwhile (low<high) {// 3. 首先从 high 所指位置向前搜索，搜索到第一个小于 pivotKey 的 值，然后将这个值和  pivotKey 互相交换while (low<high && arr[high]>=pivotKey) {--high;}arr[low] = arr[high];// 4. 从 low 所指位置向后搜索，搜索到第一个大于 pivotKey 的 值，然后将这个值和  pivotKey 互相交换。while (low<high && arr[low]<=pivotKey) {++low;}arr[high] = arr[low];}// 一次快排结束后将枢轴值放到 low 位置arr[low] = pivotKey;// 对 小于枢轴值的那部分数组值 进行快排quickSort(arr, start, low-1);// 对 大于枢轴值的那部分数组值 进行快排quickSort(arr, low+1, end);}/***输出数组中的值* @param arr：数组* @param start：数组开始的下标* @param end：数组结束的下标*/public static void PrintArray(int[] arr, int start, int end) {for (int i=start; i<=end; i++) {System.out.print(arr[i] + " ");}System.out.println("");}
}

运行截图：

4. 优化措施

优化最坏的情况：在选择枢轴，取数组的第一个元素、中间的那个元素、最后一个元素的中位数作为枢轴。

优化最好的情况：添加两个布尔类型变量，如果指针low 从低端向中间的移动过程中没有交换记录，则不需要对枢轴左部分的元素排序；如果指针high 从高端向中间的移动过程中没有交换记录，则不需要对枢轴右部分的元素排序，这样就可能达到n的时间复杂度。

5. 参考文献

数据结构 - 严蔚敏、吴伟民 - 清华大学出版社