使用分割思想实现快速排序算法

本文记录快速排序算法的一个精美实现，关于其中的一些优化或者思路请参考如下资料：

快速排序中的分割算法的解析与应用

http://www.cnblogs.com/hapjin/p/5518922.html

http://blog.csdn.net/hapjin/article/details/49785477

http://blog.csdn.net/hapjin/article/details/49201341

快排算法的实现思路：

1，快排数组的范围 [0,arr.length-1]，选出pivot元素后，pivot元素的位置就确定不变了。因此，pivot元素的index将数组分成2部分，[left, pivot_index-1]、[pivot_index+1,right]

2，三数取中算法选择piovt元素，将三个数中的最小值放在 arr[left]，中间值放在arr[center]，最大值放在arr[right]，然后返回 中间值 作为pivot元素。

3，partition算法将 那些比 pivot 小的元素放在 pivot_index的左边，把那些比 pivot大的元素放在 pivot_index 右边

public class QuickSort {

    public static void quickSort(int[] arr) {
        quickSort(arr, 0, arr.length-1);
    }

    public static void quickSort(int[] arr, int left, int right) {
        if (left < right) {//递归退出条件,不再继续"分割"数组
            //pivot 元素位置已经完全固定
            int pivot_index = partition(arr, left, right);
            quickSort(arr, left, pivot_index - 1);
            quickSort(arr, pivot_index + 1, right);
        }
    }

    public static int partition(int[] arr, int left, int right) {
        int pivot = media3(arr, left, right);
        int i = left;
        int j = right;
        //一轮分割
        for (; ; ) {
            //--j 因为
            while (arr[++i] < pivot){}
            while (arr[--j]> pivot){}
            if (i < j) {
                //找到了一个需要交换的元素
                swap(arr, i, j);
            }else {
                break;
            }
        }
        //
        return i;
    }

    public static int media3(int[] arr, int left, int right) {
        if (arr.length == 1) {
            //只有一个元素的数组
            return arr[0];
        }
        if (left == right) {
            //退出条件
            return arr[left];
        }
        int center = (left + right) / 2;
        //arr[left] 存放三个数中的最小值
        if (arr[left] > arr[center]) {
            swap(arr, left, center);
        }
        if (arr[left] > arr[right]) {
            swap(arr, left, right);
        }

        //arr[center]存放三个数中的中间值
        if (arr[center] > arr[right]) {
            swap(arr,center,right);
        }
        int media = arr[center];
        return media;
    }

    public static void swap(int[] arr, int low, int high) {
        int tmp = arr[low];
        arr[low] = arr[high];
        arr[high] = tmp;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr2 = {1,-1,0,2,-2};
        quickSort(arr2);
        for (int i : arr2) {
            System.out.print(i + " ");
        }
    }
}

一个小的优化：

public class QuickSort{
    
    //分割数组,将数组分成两部分. 一部分比pivot(枢轴元素)大,另一部分比pivot小
    private static int parition(int[] arr, int left, int right){
        
        int pivot = media3(arr, left, right);
        int i = left;
        int j = right - 1;//注意 ,在 media3()中 arr[right-1]就是 pivot
        
        //应对特殊情况下的数组,比如数组长度 小于3
        if(i >= j)
            return i;
        
        for(;;)
        {
            while(arr[++i] < pivot){}
            while(arr[--j] > pivot){}
            if(i < j)
                swap(arr, i, j);
            else
                break;
        }
        
        swap(arr, i, right-1);//restore pivot 将枢轴元素放置到合适位置:arr左边元素都比pivot小,右边都比pivot大
        return i;// 返回 pivot的 索引
    }
    
    
    //三数取中,用在快排中随机选择枢轴元素时
    private static int media3(int[] arr, int left, int right){
        if(arr.length == 1)
            return arr[0];
        
        if(left == right)
            return arr[left];
        
        int center = (left + right) / 2;
        
        //找出三个数中的最小值放到 arr[left]
        if(arr[center] < arr[left])
            swap(arr, left, center);
        if(arr[right] < arr[left])
            swap(arr, left, right);
        
        //将 中间那个数放到 arr[media]
        if(arr[center] > arr[right])
            swap(arr, center, right);
        
        swap(arr, center, right-1);//尽量将大的元素放到右边--将privot放到右边, 可简化 分割操作(partition).
        return arr[right-1];//返回中间大小的那个数
    }
        
    private static void swap(int[] arr, int left, int right){
        int tmp = arr[left];
        arr[left] = arr[right];
        arr[right] = tmp;
    }
    
    
    public static void quickSort(int[] arr){
        quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
    }
    private static void quickSort(int[] arr, int left, int right){
        if(left < right){
            int pivot_index = parition(arr, left, right);
            quickSort(arr, left, pivot_index - 1);
            quickSort(arr, pivot_index + 1, right);
        }
    }
    
    
    public static void main(String[] args) {    
        int[] arr2 = {1,0,-1};
        quickSort(arr2);
        for (int i : arr2) {
            System.out.print(i + " ");
        }
    }
}

不解释了，直接参考上面给出的参考链接即可。