Java經(jīng)典快排思想以及快排的改進講解
一.經(jīng)典快排思想
前提條件:給定一個無序數(shù)組arr
- 取這個數(shù)組最后一個數(shù) num 作為標準,將前面部分的數(shù)分為兩部分,使得<=num的部分在左邊,>num的數(shù)在右邊;
- 然后將最后一個數(shù)和>num部分的第一個數(shù)進行交換,就使得原本在數(shù)組最后位置的num找到了正確的位置,它的左邊都是比它小的以及和它一樣的數(shù),右邊都是比它大的數(shù)
- 回到1,進行遞歸或迭代,使得所有的數(shù)都找到正確的位
二.通過荷蘭國旗問題改進快排
什么是荷蘭國旗問題?
已知一個整形數(shù)組arr,和一個整數(shù)num,請把小于num的數(shù)放在數(shù)組的左邊,等于num的數(shù)放在數(shù)組的中間,大于num的數(shù)放在數(shù)組的右邊。
解決思路:
遍歷數(shù)組
- 1. 若比num小,當前位置和小于的最后一個位置+1的值交換,并當前位置++;
- 2. 若比num大,當前位置和大于的第一個位置-1的值交換;
- 3. 若等于num的值,當前位置++;
附上代碼:
public static void NetherlandsFlag(int[] arr, int L, int R, int num) {
int i = L;
int p1 = L-1;
int p2 = R+1;
//終止條件:當前數(shù)的位置在大于區(qū)的前一個
while(i < p2) {
if(arr[i] < num) {
//當前數(shù)比num小,放左邊,i位置上的數(shù)和L上的數(shù)進行交換,并且i++,L++
swap(arr, i++, ++p1);
} else if(arr[i] == num) {
//當前數(shù)和num相等,i++
i++;
} else {
//當前數(shù)比num大,放右邊,i位置上的數(shù)和R上的數(shù)進行交換,并且i++,R--
swap(arr, i, --p2);
}
}
}
我們可以發(fā)現(xiàn),荷蘭國旗問題和經(jīng)典快排不同的就只是將<=num改為了< num和=num兩部分,借用這個思想使得原來每次只可以讓一個數(shù)找到正確的位置改進為了每次至少讓一個數(shù)找到位置。
三.在這基礎上將其改為隨機快排
隨機快排改進的地方只是在選取數(shù)的時候,將每次都選取最后位置的數(shù)改為選取隨機的一個數(shù)作為num,這樣做的好處是什么呢?
1.選取最后一個數(shù):如果是一個已經(jīng)排好序的數(shù)組,每次找到位置之后,左邊是要進行排序的部分,數(shù)組長度是原長度-1,它的時間復雜度就是O(N^2);如果每次找到的數(shù)都是中間的位置,它的時間復雜度就只有O(logN)
2.然而以隨機數(shù)作為選取的標準num的時候,因為是隨機的,就只能通過數(shù)學期望去計算它的時間復雜度,時間復雜度是O(logN)
下面附上最終的快排代碼及注釋
/*
* swap(int[] arr, int i, int j);是將arr數(shù)組的i和j位置上的數(shù)交換的方法
*/
public static void quickSort(int[] arr) {
// 如果為空或長度為1不需要排序,直接返回
if(arr == null || arr.length < 2)
return;
else
quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
}
// 遞歸排序
public static void quickSort(int[] arr, int L, int R) {
if(L < R) {
/*
* 隨機快排的隨機就在這
* 是隨機選取了一個數(shù),和 R 進行了交換,然后使用這個數(shù)作為num,
* 所以每次選取的num是隨機的,
* 在計算時間復雜度時,是沒有最優(yōu)最差情況的
* 而是通過一個長期的數(shù)學期望計算的,結果是O(N*logN)
*/
swap(arr, L + (int) (Math.random() * (R - L + 1)), R);
int[] border = partition(arr, L, R);
// 小于區(qū)和大于區(qū)進行遞歸
quickSort(arr, L, border[0] - 1);
quickSort(arr, border[1] + 1, R);
}
}
// 將給定數(shù)組劃分為小于區(qū)、等于區(qū)和大于區(qū)
public static int[] partition(int[] arr, int L, int R) {
int num = arr[R];
int less = L - 1;
int more = R + 1;
int curr = L;
// 分為小于區(qū)等于區(qū)和大于區(qū)
while(curr < more) {
if(arr[curr] < num) {
swap(arr, curr++, ++less);
} else if(arr[curr] > num) {
swap(arr, curr, --more);
} else {
curr++;
}
}
//返回等于區(qū)的左右邊界的下標,通過下標確定小于區(qū)和大于區(qū)遞歸時的參數(shù)
return new int[] {less + 1, more - 1};
}
總結
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