单链表快速排序

Posted 2021-02-19 panweiwei

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• 快速排序思路：
• 图解示意：
• 代码实现：

快速排序思路：

1）选定一个基准元素；
2）经过一趟排序，将所有元素分成两部分；
3）分别对两部分重复上述操作，直到所有元素都已排序成功。

因为单链表只能从链表头节点向后遍历，没有prev指针，因此必须选择头节点作为基准元素。这样第二步操作的时间复杂度就为O(n)。由于之后都是分别对两部分完成上述操作，因此会将链表划分为logn个段，因此时间复杂度为O(nlogn) 。

可以看出，快排实现也是先对数据进行一遍遍历找到关键值得位置，和数组不同的是数组可以从两端向中间靠拢，但是单向链表只能从一段开始，但用两个指针同样可以实现。

图解示意：

以[4，2，5，3，7，9，0，1]为例模拟一趟快排的过程：

1、初始化时，i指向链表首元素4；j = i +1，指向2。基准数字为当前i 指向的数字：4。

	j
4	2	5	3	7	9	0	1
i

2、随后开始循环，j 当前指向2，因为2小于4，所以要把2移动到前面去。

按照算法步骤操作：

• i ++，首先 i 向后移动一位，指向2；
• swap(i， j) ，随后交换 i、j 位置的值，这里面是2和2自己交换；
• j ++，然后 j 向后移动一位，指向5；

执行一次交换后的结果如下：

		j
4	2	5	3	7	9	0	1
	i

3、接下来，由于 j 指向的值5 大于4，直接跳过，执行j++，此时 j 指向3；

			j
4	2	5	3	7	9	0	1
	i

4、 j 指向的值为3，小于4，仿照步骤2，我们再次执行一次交换移动过程。

• i ++，首先 i 向后移动一位，指向5；
• swap(i， j) ，随后交换 i、j 位置的值，这里面是5和3交换；
• j ++，然后 j 向后移动一位，指向7；

交换后的结果如下：

				j
4	2	3	5	7	9	0	1
		i

5、j指向的值为7，大于4，所以直接跳过，执行 j++，j 指向9：

					j
4	2	3	5	7	9	0	1
		i

6、同理，j 指向的值为9，也大于4，跳过，执行 j++，j 指向0：

						j
4	2	3	5	7	9	0	1
		i

7、j 指向的值为0，小于4，执行一次交换过程：

• i ++，首先 i 向后移动一位，指向5
• swap(i， j) ，随后交换 i、j 位置的值，这里面是5和0交换
• j ++，然后 j 向后移动一位，指向1

交换后的结果如下：

							j
4	2	3	0	7	9	5	1
			i

8、j 指向的值为1，小于4，我们再执行一次交换过程

• i ++，首先 i 向后移动一位，指向7
• swap(i， j) ，随后交换 i、j 位置的值，这里面是7和1交换
• j ++，然后 j 向后移动一位，已经超过了链表的长度，不再向后移动。

交换后的结果如下：

								j
4	2	3	0	1	9	5	7
				i

9、最后，交换当前 i指向的值1，和4。得到[1、2、3、0、4、9、5、7]，一趟排序结束。

								j
1	2	3	0	4	9	5	7
				i

此时可见：4的左边都是小于4的数字，右边都是大于4的数字，一趟排序确定了一个数字最终位置。

接下来，对左边和右边分别排序，递归，直到元素全部有序。

代码实现：

# Definition for singly-linked list.
class ListNode(object):
    def __init__(self, val):
        self.val = val
        self.next = None
        
class LinkList(object):
    # 单链表快速排序
    def quickSort(self, head):
        """
        :type head: ListNode
        :rtype: ListNode
        """
        if not head or not head.next:
            return head
        ans = ListNode(0)
        ans.next = head
        return self.sort(ans, None)
    
    def sort(self, head, end):
        if head == end or head.next == end or head.next.next == end:
            return head
        tpmHead = ListNode(0)
        # 划分节点
        poi = head.next
        # 遍历指针
        cur = poi
        pre = tpmHead
        # 一趟划分
        while cur.next != end:
            # 当前节点值域小于划分节点的值域，则将当前节点放到左侧
            if cur.next.val < poi.val:
                pre.next = cur.next
                pre = pre.next
                cur.next = cur.next.next
            else:
                cur = cur.next
        # 合并临时链表和原链表，将原链表接到临时链表后面即可
        pre.next = head.next
        head.next = tpmHead.next
        self.sort(head, poi)
        self.sort(poi, end)
        return head.next

运行截图：