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[[Image:Sorting_quicksort_anim.gif|right|frame|使用快速排序法对一列数字进行排序的过程]] 快速排序是由东尼·霍尔所发展的一种排序算法。在平均状况下,排序n个项目要Ο(n log n)次比较。在最坏状况下则需要Ο(n2)次比较,但这种状况并不常见。事实上,快速排序通常明显比其他Ο(n log n)算法更快,因为它的内部循环(inner loop)可以在大部分的架构上很有效率地被实现出来。 =算法描述= 快速排序使用分治法(Divide and conquer)策略来把一个序列(list)分为两个子序列(sub-lists)。 步骤为: #从数列中挑出一个元素,称为"基准"(pivot), #重新排序数列,所有元素比基准值小的摆放在基准前面,所有元素比基准值大的摆在基准的后面(相同的数可以到任一边)。在这个#分区退出之后,该基准就处于数列的中间位置。这个称为分区(partition)操作。 #递归地(recursive)把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序。 递归的最底部情形,是数列的大小是零或一,也就是永远都已经被排序好了。虽然一直递归下去,但是这个算法总会退出,因为在每次的迭代(iteration)中,它至少会把一个元素摆到它最后的位置去。 =示例代码= ==C++(迭代版本)== <source lang="cpp"> //参考:http://www.dutor.net/index.php/2011/04/recursive-iterative-quick-sort/ struct Range{ explicit Range(int s=0,int e=0):start(s),end(e){} int start,end; }; void quicksort(int n,int arr[]){ if(n<=0) return; stack<Range> st; st.push(Range(0,n-1)); while(!st.empty()){ Range range = st.top(); st.pop(); int pivot = arr[range.end]; int pos = range.start-1; for(int i=range.start;i<range.end;++i){ if(arr[i]<pivot){ std::swap(arr[i],arr[++pos]); } } std::swap(arr[++pos],arr[range.end]); if(pos-1>range.start){ st.push(Range(range.start,pos-1)); } if(pos+1<range.end){ st.push(Range(pos+1,range.end)); } } } </source> ==C== <source lang="c"> #include <stdio.h> #include <stddef.h> void swap(int * a, int * b) { int tmp = * a; * a = * b; * b = tmp; } size_t partition(int * ary, size_t len, size_t pivot_i) { size_t i = 0; size_t small_len = pivot_i; int pivot = ary[pivot_i]; swap(&ary[pivot_i], &ary[pivot_i + (len - 1)]); for (; i < len; i++) { if (ary[pivot_i + i] < pivot) { swap(&ary[pivot_i + i], &ary[small_len]); small_len++; } } swap(&ary[pivot_i + (len - 1)], &ary[small_len]); return small_len; } void quick_sort(int * ary, size_t len) { if (len == 0 || len == 1) return; size_t small_len = partition(ary, len, 0); quick_sort(ary, small_len); quick_sort(&ary[small_len + 1], len - small_len - 1); } int main(void) { int ary[] = {2,4,2,5,3,5,3,1,7,6}; size_t len = sizeof(ary) / sizeof(ary[0]); quick_sort(ary, len); return 0; } </source> C89标准在stdlib.h中定义了抽象数据类型的快速排序函数qsort(3)。 <source lang="c"> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> static int cmp(const void *a, const void *b) { return *(int *)a - *(int *)b; } int main() { int arr[10]={5, 3, 7, 4, 1, 9, 8, 6, 2,10}; qsort(arr, 10, sizeof(int), cmp); return 0; } </source> <source lang="c"> #include <functional> #include <algorithm> #include <iterator> template< typename BidirectionalIterator, typename Compare > void quick_sort( BidirectionalIterator first, BidirectionalIterator last, Compare cmp ) { if( first != last ) { BidirectionalIterator left = first; BidirectionalIterator right = last; BidirectionalIterator pivot = left++; while( left != right ) { if( cmp( *left, *pivot ) ) { ++left; } else { while( (left != right) && cmp( *pivot, *right ) ) right--; std::iter_swap( left, right ); } } if (cmp( *pivot, *left )) --left; std::iter_swap( first, left ); quick_sort( first, left, cmp ); quick_sort( right, last, cmp ); } } template< typename BidirectionalIterator > inline void quick_sort( BidirectionalIterator first, BidirectionalIterator last ) { quick_sort( first, last, std::less_equal< typename std::iterator_traits< BidirectionalIterator >::value_type >() ); } </source> 未使用STL的快速排序版本: <source lang="c"> #include <utility> using std::swap; int partition(int* array, int left, int right) { int index = left; int pivot = array[index]; swap(array[index], array[right]); for (int i=left; i<right; i++) { if (array[i] > pivot) // 降序 swap(array[index++], array[i]); } swap(array[right], array[index]); return index; } void qsort(int* array, int left, int right) { if (left >= right) return; int index = partition(array, left, right); qsort(array, left, index - 1); qsort(array, index + 1, right); } </source> ==C#== <source lang="csharp"> public static void Sort(int[] numbers) { Sort(numbers, 0, numbers.Length - 1); } private static void Sort(int[] numbers, int left, int right) { if (left < right) { int middle = numbers[(left + right) / 2]; int i = left - 1; int j = right + 1; while (true) { while (numbers[++i] < middle) ; while (numbers[--j] > middle) ; if (i >= j) break; Swap(numbers, i, j); } Sort(numbers, left, i - 1); Sort(numbers, j + 1, right); } } private static void Swap(int[] numbers, int i, int j) { int number = numbers[i]; numbers[i] = numbers[j]; numbers[j] = number; } </source> ==Python== <source lang="python"> def qsort(arr): if len(arr) <= 1: return arr else: pivot = arr[0] return qsort([x for x in arr[1:] if x < pivot]) + \ [pivot] + \ qsort([x for x in arr[1:] if x >= pivot]) </source> [[Category:Algorithm]]
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