Java实现十大经典排序算法之快速排序

0 算法简介

快速排序是一种高效率排序算法，它是对冒泡排序的一种改进，它也是一种不稳定排序算法。快速排序的核心是比较、交换和递归。 在待排序数组中指定一个基准元素pivot（一般选取数组首元素），使得数组排序之后基准元素左边的所有元素均小于它，右边的元素均大于它，重复以上过程递归地对左右子集合进行排序。
平均时间复杂度 ：O(nlogn) ，最坏时间复杂度为O(n2)

1 算法步骤

• 定义一个基准位pivot（可选定数组的第一个值），比如以左边的低位为基准位：array[low]，比基准位的值大的放在右边，基准位值小的放在左边（根据具体的排序需求来）

• 定义两个指针作为哨兵，分别为left和right且left < right，当left > right时退出当轮排序。

• 首先从右边的高位指针right开始向左边遍历，直到找到比基准小的元素位置；然后从左边的低位开始向右遍历，直到找到比基准大的元素位置。

• 如果指针未相遇，则交换左右指针指向的元素位置。如果指针已经相遇，即left==right，则将基准元素所在的位置与right所在位置的元素进行交换。

• 重复上述过程，递归地对数组左右子集合元素进行排序。

2 用例说明

假设当前有一待排序的数组arr = [6,1,2,7,9,3,4,5,10,8]。定义低位指针low = 0，高位指针high = arr,length - 1，选取首位为基准元素pivot = arr[low]。

• 首先从右边的高位指针right开始向左边遍历，直到找到比基准小的元素位置，这里为元素5所在位置。

[6,1,2,7,9,3,4,5,10,8]

• 从左边的低位开始向右遍历，直到找到比基准大的元素位置，这里为元素7所在位置。
  [6,1,2,7 ,9,3,4,5,10,8]
• 指针未相遇，则交换左右指针指向的元素7和元素5的位置。
  [6,1,2,5 ,9,3,4,7,10,8]
  重读上述步骤，得到：[6,1,2,5,9,3,4,7,10,8]，此时左右指针未相遇，继续交换位置。
  [6,1,2,5,4,3,9,7,10,8]
  当第三次遍历时，做哦鱼指针在元素为3的位置上相遇，此时结束循环遍历，交换基准元素与元素3的位置，第一轮排序结束得到以下数组
  [3,1,2,5,4,6,9,7,10,8] 可以看到一轮排序之后基准元素左半边的元素值都小于它，右半边的元素值都大于它。
  通过递归重复上述步骤，分别对数组左子集合[3,1,2,5,4]和数组右子集合[9,7,10,8]进行排序。

3 代码实现

public static void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
        // 当low == high时表示该序列只有一个元素了，不必排序
         if(low >= high) {
             return;
         }
         int left = low;  //定义左哨兵
         int right = high;   //定义右哨兵
         int pivot = arr[low];   //定义基准元素，一般选择数组的第一个元素
         while (left < right) {
             //从右边开始遍历 找到右边小于基准元素pivot的元素位置
             while (left < right && arr[right] >= pivot) {
                 right--;
             }
             //从左边开始遍历 找到左边大于基准元素pivot的元素位置
             while (left < right && arr[left] <= pivot) {
                 left++;
             }
             //找到了当前左边大于pivot和右边小于pivot的元素位置 交换这两个元素的位置
            swap(arr,left,right);
         }
         //当left == right 说明该轮排序结束，最后交换pivot与right位置元素的位置
        swap(arr, low, right);

         //递归调用，对左子集合和右子集合进行排序
        //左子集合递归排序
        quickSort(arr,low, right - 1);
        //右子集合递归排序
        quickSort(arr, right + 1, high);

    }

    //交换数组中两个位置的元素
    public static void swap(int[] arr, int i, int j) {
        if (arr.length == 0 || j >= arr.length || i < 0) return;
        int temp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = temp;
    }