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深入解析快速排序算法的原理及其Go語言版實現(xiàn)

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快速排序是一種基于分治技術(shù)的重要排序算法。不像歸并排序是按照元素在數(shù)組中的位置對它們進行劃分,快速排序按照元素的值對它們進行劃分。具體來說,它對給定數(shù)組中的元素進行重新排列,以得到一個快速排序的分區(qū)。在一個分區(qū)中,所有在s下標之前的元素都小于等于A[s],所有在s下標之后的元素都大于等于A[s]。

顯然,建立了一個分區(qū)以后,A[s]已經(jīng)位于它在有序數(shù)組中的最終位置,接下來我們可以繼續(xù)對A[s]前和A[s]后的子數(shù)組分別進行排序(使用同樣的方法)。
為了排序一個數(shù)組A的全部元素,初始調(diào)用的是QUICKSORT(A,1,A.length)。

下面的算法對A[p..r]進行分區(qū)(先偽代碼一下、領(lǐng)會意思)。

PARTITION(A,p,r)
 
 x = A[r]
 
 i = p - 1
 
 for j = p to r - 1
 
  if A[j] ≤ x
 
   i = i + 1
 
   exchange A[i] with A[j]
 
 exchange A[i+1] with A[r]
 
 return i+1

快速排序算法的效率:

在最優(yōu)情況下,鍵值比較的次數(shù)Cbest(n)滿足下面的遞推式:

當(dāng)n>1時,Cbest(n)=2Cbest(n/2)+n,Cbest(1)=0

根據(jù)主定理,Cbest(n)∈Θ(nlogn);對于n=2k的情況求得Cbest(n) = nlog(n)。

在最差的情況下,所有的分裂點都趨于極端:兩個子數(shù)組有一個為空,而另一個子數(shù)組僅僅比被分區(qū)的數(shù)組少一個元素。具體來說,這種令人遺憾的情況會發(fā)生在升序的數(shù)組上,也就是說輸入的數(shù)組已經(jīng)被排過序了。所以,在進行了n+1次比較之后建立了分區(qū),并且將A[0]和它本身進行了交換以后,快速排序算法還會對嚴格遞增的數(shù)組A[1..n-1]進行排序。對規(guī)模減小了的嚴格遞增數(shù)組的排序會一直繼續(xù)到最后一個子數(shù)組A[n-2..n-1]。這種情況下,鍵值比較的總次數(shù)應(yīng)該等于:

Cworst(n)=(n+1)+n+...+3=(n+1)(n+2)/2-3∈Θ(n2)

現(xiàn)在,輪到討論快速排序在平均情況下的效率了。對于大小為n的隨機排列的數(shù)組,快速排序的平均鍵值比較次數(shù)記為Cavg(n)。假設(shè)分區(qū)的分裂點s(0≤s≤n-1)位于每個位置的概率都是1/n,我們得到下面的遞推關(guān)系式:

Cavg(0)=0,Cavg(1)=0

Cavg(n)≈2nlnn≈1.38nlogn
因此,快速排序在平均情況下,僅比最優(yōu)情況多執(zhí)行38%的比較操作。此外,它的最內(nèi)層循環(huán)效率非常高,使得在處理隨機排列的數(shù)組時,速度要比歸并排序快。

以下是快速排序的Go代碼:

復(fù)制代碼 代碼如下:

func QuickSort(slice_arg []int, iLeft int, iRight int) {
    if iLeft iRight {
        var iTmpVal = slice_arg[iLeft]
        var i, j = iLeft, iRight
        for i j {
            fmt.Println("i,j = ", i, j)
            for i j slice_arg[j] > iTmpVal {
                j--
            }
            if i j {
                slice_arg[i] = slice_arg[j]
                i++
            }

            for i j slice_arg[i] iTmpVal {
                i++
            }
            if i j {
                slice_arg[j] = slice_arg[i]
                j--
            }
        }
        slice_arg[i] = iTmpVal

        QuickSort(slice_arg, iLeft, i-1)
        QuickSort(slice_arg, j+1, iRight)
    }
}

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