Java快速排序的非递归实现

Posted 2021-01-06 华仔要长胖

　　快速排序一般采用递归方法（详见快速排序及其优化），但递归方法一般都可以用循环代替。本文实现了java版的非递归快速排序。

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思路分析

　　采用非递归的方法，首先要想到栈的使用，通过阅读递归调用部分的代码，思考如何用栈来代替。递归调用的核心代码是 pivot = partition(a, low, high); 每次循环都必须包含这句核心代码，可以想到，如果要对该行代码实现循环，只能对low和high采取操作，所以我们在栈中压入low和high，每个循环弹出一对low和high，用于核心代码的实现，当栈空后就说明没有需要排序的部分了，结束循环。
　　下面是递归代码和根据递归代码修改成的非递归代码。

递归部分代码：

	/**
	 * 递归调用
	 */
	public void qSort(int[] a, int low, int high) {
		int pivot;
		if (low >= high)
			return;
		
		//原始递归操作
		// pivot = partition(a, low, high); // 将数列一分为二
		// qSort(a, low, pivot - 1); // 对低子表排序
		// qSort(a, pivot + 1, high); // 对高子表排序

		// 优化递归操作
		while (low < high) {
			pivot = partition(a, low, high); // 将数列一分为二
			qSort(a, low, pivot - 1); // 对低子表排序
			low = pivot + 1;
		}
	}

　　

修改成的非递归代码：

	/**
	 * 非递归
	 */
	public void qSort2(int[] a, int low, int high) {
		int pivot;
		if (low >= high)
			return;
		Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>();
		stack.push(low);
		stack.push(high);
		while (!stack.empty()) {
			// 先弹出high,再弹出low
			high = stack.pop();
			low = stack.pop();
			pivot = partition(a, low, high);
			// 先压low,再压high
			if (low < pivot - 1) {
				stack.push(low);
				stack.push(pivot - 1);
			}
			if (pivot + 1 < high) {
				stack.push(pivot + 1);
				stack.push(high);
			}
		}
	}

　　

注意点：栈弹出的顺序与压入的顺序相反，要小心栈的压入与弹出操作。

完整Java代码

（含测试代码）

import java.util.Arrays;
import java.util.Stack;

/**
 * 
 * @Description 快速排序的递归与非递归实现
 *
 * @author yongh
 * @date 2018年9月14日 下午2:39:00
 */
public class QuickSort {
	public void quickSort(int[] a) {
		if (a == null)
			return;
		qSort(a, 0, a.length - 1);
	}
	/**
	 * 递归
	 */
	public void qSort(int[] a, int low, int high) {
		int pivot;
		if (low >= high)
			return;
		
		//原始递归操作
		// pivot = partition(a, low, high); // 将数列一分为二
		// qSort(a, low, pivot - 1); // 对低子表排序
		// qSort(a, pivot + 1, high); // 对高子表排序

		// 优化递归操作
		while (low < high) {
			pivot = partition(a, low, high); // 将数列一分为二
			qSort(a, low, pivot - 1); // 对低子表排序
			low = pivot + 1;
		}
	}


	public void quickSort2(int[] a) {
		if (a == null)
			return;
		qSort2(a, 0, a.length - 1);
	}
	/**
	 * 非递归
	 */
	public void qSort2(int[] a, int low, int high) {
		int pivot;
		if (low >= high)
			return;
		Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>();
		stack.push(low);
		stack.push(high);
		while (!stack.empty()) {
			// 先弹出high,再弹出low
			high = stack.pop();
			low = stack.pop();
			pivot = partition(a, low, high);
			// 先压low,再压high
			if (low < pivot - 1) {
				stack.push(low);
				stack.push(pivot - 1);
			}
			if (pivot + 1 < high) {
				stack.push(pivot + 1);
				stack.push(high);
			}
		}
	}

	/**
	 * 对数组a中下标从low到high的元素，选取基准元素pivotKey，
	 * 根据与基准比较的大小，将各个元素排到基准元素的两端。
	 * 返回值为最后基准元素的位置
	 */
	public int partition(int[] a, int low, int high) {

		// 三数取中,将中间元素放在第一个位置
		if (a[low] > a[high])
			swap(a, low, high);
		if (a[(low + high) / 2] > a[high])
			swap(a, (low + high) / 2, high);
		if (a[low] < a[(low + high) / 2])
			swap(a, (low + high) / 2, low);

		int pivotKey = a[low]; // 用第一个元素作为基准元素
		while (low < high) { // 两侧交替向中间扫描
			while (low < high && a[high] >= pivotKey)
				high--;
			a[low] = a[high];
			// swap(a, low, high); //比基准小的元素放到低端
			while (low < high && a[low] <= pivotKey)
				low++;
			a[high] = a[low];
			// swap(a, low, high); //比基准大的元素放到高端
		}
		a[low] = pivotKey; // 在中间位置放回基准值
		return low; // 返回基准元素所在位置
	}

	public void swap(int[] a, int i, int j) {
		int temp;
		temp = a[j];
		a[j] = a[i];
		a[i] = temp;
	}

	// =========测试代码=======
	//测试的为非递归方法quickSort2()
	public void test1() {
		int[] a = null;
		quickSort2(a);
		System.out.println(Arrays.toString(a));
	}

	public void test2() {
		int[] a = {};
		quickSort2(a);
		System.out.println(Arrays.toString(a));
	}

	public void test3() {
		int[] a = { 1 };
		quickSort2(a);
		System.out.println(Arrays.toString(a));
	}

	public void test4() {
		int[] a = { 3, 3, 3, 3, 3 };
		quickSort2(a);
		System.out.println(Arrays.toString(a));
	}

	public void test5() {
		int[] a = { -3, 6, 3, 1, 3, 7, 5, 6, 2 };
		quickSort2(a);
		System.out.println(Arrays.toString(a));
	}

	public static void main(String[] args) {
		QuickSort demo = new QuickSort();
		demo.test1();
		demo.test2();
		demo.test3();
		demo.test4();
		demo.test5();
	}
}

　　

null
[]
[1]
[3, 3, 3, 3, 3]
[-3, 1, 2, 3, 3, 5, 6, 6, 7]

QuickSort

 

收获

　　递归改为非递归，联想到栈的使用，根据对核心代码的循环，确定栈中存储什么数据。

 

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