swift 快速排序

快速排序

基本原理: 把待排序数组取出一个元素，对整个元素进行比较，把应该排在该元素前面的都放在左侧，放在后面的都放在右侧。然后对于剩下的左侧和右侧进行同样的操作。直到待排序数组只剩下一个元素或者没有元素时，不再排序。

算法实现原理:
一般说来，都是取数组的第一个元素(标志位元素)进行比较，然后遍历后面所有的数据。对于需要排在前面的元素，要移动这个元素的位置在标志位元素前面。假设标志位的元素的位置为flagIndex, 标志位需要后移一位，留出的空间给这个元素。具体移动方法如下: 记录标志位元素的位置和值。然后标志位元素的位置存储为当前要移动过来的元素。然后要移动过来的元素的位置存储为flagIndex的后面的那个元素。然后falgIndex + 1, 新falgIndex的位置存储标志位元素的值。
那么问题来了，有同学会问，为什么可以把标志位后面的元素存储到要移动的元素的位置。其实就是因为标志位需要占用后面的这个位置，所以这个位置的元素必须移动走到一个新位置。那为什么可以移动到待移动元素这里呢？因为遍历到待移动元素这里，这个元素移动走了，也需要一个元素来补充。而遍历下一个元素的时候也不会遍历到该位置。

对于需要放到标志位后面的元素，不需要处理，直接遍历下一个即可。

var arr = [3, 2,  100, 99, 23, 25, 40, 10000, 0, 1, 4, 5]

func quickSort(arr: inout [Int], left: Int, right: Int) {
    if right - left <= 0 {
        return
    }

    var flagIndex = left
    let flagValue = arr[left]

    for index in stride(from: left + 1, to: right + 1, by: 1) {
        let value = arr[index]
        if value < flagValue {
            // 前移
            arr[flagIndex] = value
            flagIndex += 1
            arr[index] = arr[flagIndex]
            arr[flagIndex] = flagValue
        }
    }

    quickSort(arr: &arr, left: left, right: flagIndex - 1)
    quickSort(arr: &arr, left: flagIndex + 1, right: right)

}

quickSort(arr: &arr, left: 0, right: arr.count - 1)

print(arr)

从上述原理来看，对于完全逆序的数组来，快速排序的性能很差。主要是因为每次都是取第一个元素作为标志位，为防止此种情况发生，可以在排序之前，随机交换一个数据到第一个位置。然后再排序。改进后的代码如下

var arr = [3, 2,  100, 99, 23, 25, 40, 10000, 0, 1, 4, 5]

func quickSort(arr: inout [Int], left: Int, right: Int) {
    if right - left <= 0 {
        return
    }
    
    // 随机交换一个元素到第一个位置
    let switchIndex =  Int(arc4random_uniform(UInt32(right - left)) + UInt32(left))
    let temp = arr[left]
    arr[left] = arr[switchIndex]
    arr[switchIndex] = temp

    var flagIndex = left
    let flagValue = arr[left]

    for index in stride(from: left + 1, to: right + 1, by: 1) {
        let value = arr[index]
        if value < flagValue {
            // 前移
            arr[flagIndex] = value
            flagIndex += 1
            arr[index] = arr[flagIndex]
            arr[flagIndex] = flagValue
        }
    }

    quickSort(arr: &arr, left: left, right: flagIndex - 1)
    quickSort(arr: &arr, left: flagIndex + 1, right: right)

}

quickSort(arr: &arr, left: 0, right: arr.count - 1)

print(arr)