快速排序是 C.R.A.Hoare 于 1962 年提出的一种划分交换排序。它采用了一种分治的策略,通常称其为分治法(Divide-and-ConquerMethod)。
分治法的基本思想是:将原问题分解为若干个规模更小但结构与原问题相似的子问题。递归地解这些子问题,然后将这些子问题的解组合为原问题的解。
设当前待排序的无序区为 R[low..high],利用分治法可将快速排序的基本思想描述为:
1.分解:
在 R[low..high]中任选一个记录作为基准(Pivot),以此基准将当前无序区划分为左、右两个较小的子区间 R[low..pivotpos-1)和 R[pivotpos+1..high],并使左边子区间中所有记录的关键字均小于等于基准记录(不妨记为 pivot)的关键字 pivot.key,右边的子区间中所有记录的关键字均大于等于 pivot.key,而基准记录 pivot 则位于正确的位置(pivotpos)上,它无须参加后续的排序。
注意: 划分的关键是要求出基准记录所在的位置 pivotpos。划分的结果可以简单地表示为(注意 pivot=R[pivotpos]): R[low..pivotpos-1].keys≤R[pivotpos].key≤R[pivotpos+1..high].keys 其中 low≤pivotpos≤high。
2.求解:
通过递归调用快速排序对左、右子区间 R[low..pivotpos-1]和R[pivotpos+1..high]快速排序。
3.组合:
因为当"求解"步骤中的两个递归调用结束时,其左、右两个子区间已有序。对快速排序而言,"组合"步骤无须做什么,可看作是空操作。
void QuickSort(SeqList R,int low,int high) { //对R[low..high]快速排序 int pivotpos; //划分后的基准记录的位置 if(low<high){//仅当区间长度大于1时才须排序 pivotpos=Partition(R,low,high); //对R[low..high]做划分 QuickSort(R,low,pivotpos-1); //对左区间递归排序 QuickSort(R,pivotpos+1,high); //对右区间递归排序 } } //QuickSort
注意: 为排序整个文件,只须调用 QuickSort(R,1,n)即可完成对 R[l..n]的排序。
1.具体做法
第一步:(初始化)设置两个指针 i 和 j,它们的初值分别为区间的下界和上界,即 i=low,i=high;选取无序区的第一个记录 R[i](即 R[low])作为基准记录,并将它保存在变量 pivot 中;
第二步:令 j 自 high 起向左扫描,直到找到第 1 个关键字小于 pivot.key 的记录 R[j],将 R[j])移至 i 所指的位置上,这相当于 R[j] 和基准 R[i](即 pivot)进行了交换,使关键字小于基准关键字 pivot.key 的记录移到了基准的左边,交换后 R[j]中相当于是 pivot;然后,令 i 指针自 i+1 位置开始向右扫描,直至找到第 1 个关键字大于 pivot.key 的记录 R[i],将 R[i]移到 i 所指的位置上,这相当于交换了 R[i] 和基准 R[j],使关键字大于基准关键字的记录移到了基准的右边,交换后 R[i] 中又相当于存放了 pivot;接着令指针 j 自位置 j-1 开始向左扫描,如此交替改变扫描方向,从两端各自往中间靠拢,直至 i=j 时,i便是基准 pivot 最终的位置,将 pivot 放在此位置上就完成了一次划分。
2.一次划分过程
3.划分算法
int Partition(SeqList R,int i,int j) {//调用Partition(R,low,high)时,对R[low..high]做划分, //并返回基准记录的位置 ReceType pivot=R[i]; //用区间的第1个记录作为基准 ' while(i<j){ //从区间两端交替向中间扫描,直至i=j为止 while(i<j&&R[j].key>=pivot.key) //pivot相当于在位置i上 j--; //从右向左扫描,查找第1个关键字小于pivot.key的记录R[j] if(i<j) //表示找到的R[j]的关键字<pivot.key R[i++]=R[j]; //相当于交换R[i]和R[j],交换后i指针加1 while(i<j&&R[i].key<=pivot.key) //pivot相当于在位置j上 i++; //从左向右扫描,查找第1个关键字大于pivot.key的记录R[i] if(i<j) //表示找到了R[i],使R[i].key>pivot.key R[j--]=R[i]; //相当于交换R[i]和R[j],交换后j指针减1 } //endwhile R[i]=pivot; //基准记录已被最后定位 return i; } //partition
快速排序执行的全过程可用递归树来描述。
分析: