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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

2020-04-01 19:11:08
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來源:轉載
供稿:網友
這篇文章主要介紹了快速排序算法的原理及其Go語言版實現,文中對于快速算法的過程和效率有較為詳細的說明,需要的朋友可以參考下
 

快速排序是一種基于分治技術的重要排序算法。不像歸并排序是按照元素在數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,它對給定數組中的元素進行重新排列,以得到一個快速排序的分區。在一個分區中,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]。

排序算法,Go語言

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

下面的算法對A[p..r]進行分區(先偽代碼一下、領會意思)。

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:

在最優情況下,鍵值比較的次數Cbest(n)滿足下面的遞推式:

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

根據主定理,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:兩個子數組有一個為空,而另一個子數組僅僅比被分區的數組少一個元素。具體來說,這種令人遺憾的情況會發生在升序的數組上,也就是說輸入的數組已經被排過序了。所以,在進行了n+1次比較之后建立了分區,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組A[1..n-1]進行排序。對規模減小了的嚴格遞增數組的排序會一直繼續到最后一個子數組A[n-2..n-1]。這種情況下,鍵值比較的總次數應該等于:

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

現在,輪到討論快速排序在平均情況下的效率了。對于大小為n的隨機排列的數組,快速排序的平均鍵值比較次數記為Cavg(n)。假設分區的分裂點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系式:

排序算法,Go語言

 

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

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

以下是快速排序的Go代碼:

 

復制代碼代碼如下:

 

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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