【图解数据结构】 一组动画彻底理解快速排序

来自:五分钟学算法(微信号:blgczzz),作者:菠了个菜


快速排序

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(nlogn) 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(nlogn) 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。

快速排序使用分治法(Divide and conquer)策略来把一个串行(list)分为两个子串行(sub-lists)。

快速排序又是一种分而治之思想在排序算法上的典型应用。本质上来看,快速排序应该算是在冒泡排序基础上的递归分治法。

算法步骤

  1. 从数列中挑出一个元素,称为 “基准”(pivot);

  2. 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;

  3. 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。

来源:https://github.com/hustcc/JS-Sorting-Algorithm

算法演示

排序动画过程解释

  1. 首先,操作数列中的所有数字

  2. 在所有数字中选择一个数字作为排序的基准(pivot), pivot 通常是随机选择的,在这里为了演示方便,我们选择最右边的数字作为 pivot

  3. 选取好 pivot 后,在操作数列中选择最左边的数字标记为 左标记 ,最右边的数字标记为 右标记

  4. 将左边的标记向右移动

  5. 当 左标记 达到超过 pivot 的数字时,停止移动

  6. 在这里,8 > 6 ,所以停止移动

  7. 然后将右边的标记向左移动

  8. 当 右标记 达到小于 pivot 的数字时,停止移动

  9. 在这里,4 < 6 ,所以停止移动

  10. 当左右标记停止时,更改标记的数字

  11. 因此,左标记 的作用是找到一个大于 pivot 的数字,右标记 的作用是找到一个小于 pivot 的数字

  12. 通过交换数字,可以在数列的左边收集小于 pivot 的数字集合,右边收集大于 pivot 的数字集合

  13. 交换之后,继续移动 左标记

  14. 在这里,9 > 6 ,所以停止移动

  15. 然后将右边的标记向左移动

  16. 当 右标记 碰撞到 左标记 时也停止移动

  17. 如果左右侧的标记停止时,并且都在同一个位置,将这个数字和 pivot 的数字交换

  18. 这就完成了第一次操作

  19. 小于 6 的都在 6 的左侧,大于 6 的都在 6 的右侧

  20. 然后递归对这分成的两部分都执行同样的操作

  21. 完成 快速排序

代码实现

为了更好的让读者用自己熟悉的编程语言来理解动画,笔者将贴出多种编程语言的参考代码,代码全部来源于网上。

C++代码实现

Java代码实现

Python代码实现

JavaScript代码实现



如果你是iOS开发者,可以在GitHub上 https://github.com/MisterBooo/Play-With-Sort-OC 获取更直观可调试运行的源码。

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