快速排序

Posted 2020-09-18 whileskies的博客

快速排序—分而治之

最好情况：每次正好等分 T(N) = O(logN)

选主元：

　　1.令pivot = A[0]  1 2 3 4 5 ...N-1 N 的话T(N) = O(N^2)

　　2.随机函数取 要花时间

　　3.常用 取头中尾的中位数 8 12 3 取8

ElementType Median3(ElementType A[], int Left, int Right)
{
    int Center = (Left + Right) / 2;
    if (A[Left] > A[Center])
        Swap(&A[Left], &A[Center]);
    if (A[Left] > A[Right])
        Swap(&A[Left], &A[Right]);
    if (A[Center] > A[Right])
        Swap(&A[Center], &A[Right]);
    //此时A[Left] <= A[Center] <= A[Right]
    Swap(&A[Center], &A[Right-1]);  //将基准Pivot藏到右边
    //只需考虑A[Left+1]...A[Right-2];
    return A[Right - 1];
}

子集划分：

　　

快排快的一个重要原因：主元被选中后 并在子集划分完成后 被一次放到正确的位置

如果有元素正好等于Pivot

 　停下来交换 主元会被换到中间的位置 基本等分  √

　 不理它 继续移动指针 主元可能会被放在端点

void Qsort(ElementType A[], int Left, int Right)
{
    int Pivot, Low, High;

    if (Cutoff <= Right - Left) {
        Pivot = Median3(A, Left, Right);
        Low = Left; High = Right-1;
        while (1) {
            while (A[++Low] < Pivot);
            while (A[--High] > Pivot);
            if (Low < High)
                Swap(&A[Low], &A[High]);
            else break;
        }
        Swap(&A[Low], &A[Right-1]);
        Qsort(A, Left, Low-1);
        Qsort(A, Low+1, Right);
    }
    else InsertionSort(A+Left, Right-Left+1);  //元素太少，用简单排序
}

问题：

　　用递归 占用堆栈空间且费时间

　　对小规模的数据（例如N不到100）可能不如插入排序快

　　解决：当递归的数据规模充分小时停止递归 直接调用简单排序（如插入排序）

　　　　　Cutoff为阈值

代码：

#include <iostream>

using namespace std;
typedef long long ElementType;
#define Cutoff 50

void Swap(ElementType *a, ElementType *b)
{
    ElementType t = *a; *a = *b; *b = t;
}

void InsertionSort(ElementType A[], int N)
{
    int P, i;
    ElementType Tmp;
    for (P = 1; P < N; P++) {
        Tmp = A[P];
        for (i = P; i > 0 && A[i-1] > Tmp; i--)
            A[i] = A[i-1];
        A[i] = Tmp;
    }
}

ElementType Median3(ElementType A[], int Left, int Right)
{
    int Center = (Left + Right) / 2;
    if (A[Left] > A[Center])
        Swap(&A[Left], &A[Center]);
    if (A[Left] > A[Right])
        Swap(&A[Left], &A[Right]);
    if (A[Center] > A[Right])
        Swap(&A[Center], &A[Right]);
    //此时A[Left] <= A[Center] <= A[Right]
    Swap(&A[Center], &A[Right-1]);  //将基准Pivot藏到右边
    //只需考虑A[Left+1]...A[Right-2];
    return A[Right - 1];
}

void Qsort(ElementType A[], int Left, int Right)
{
    int Pivot, Low, High;

    if (Cutoff <= Right - Left) {
        Pivot = Median3(A, Left, Right);
        Low = Left; High = Right-1;
        while (1) {
            while (A[++Low] < Pivot);
            while (A[--High] > Pivot);
            if (Low < High)
                Swap(&A[Low], &A[High]);
            else break;
        }
        Swap(&A[Low], &A[Right-1]);
        Qsort(A, Left, Low-1);
        Qsort(A, Low+1, Right);
    }
    else InsertionSort(A+Left, Right-Left+1);  //元素太少，用简单排序
}

void QuickSort(ElementType A[], int N)
{
    Qsort(A, 0, N-1);
}

int main()
{
    int N, i;
    ElementType A[110000];

    cin >> N;
    for (i = 0; i < N; i++)
        cin >> A[i];
    QuickSort(A, N);
    for (i = 0; i < N-1; i++)
        cout << A[i] << " ";
    cout << A[i];

    return 0;
}

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PTA运行结果：

 各种排序算法比较：