快速排序算法Quicksort()

article/2025/9/22 6:47:46

 快速排序的思想是用数组的首元素作为标准将A划分成前后两部分,比首元素小的元素构成数组的前部分,比首元素大的元素构成数组的后部分,这两部分构成两个新的子问题,算法接着分别对这两部分递归进行排序


伪代码:Quicksort(A,p,r)

输入:数组A[p..r]1\leq p\leq r\leq n      //p,r分别为数组A的首元素和尾元素的下标

输出:从A[p]A[r]按照递增顺序排好序的数组A

  1. if p<r
  2. then q\leftarrow Partition(A,p,r)     //划分数组,找到首元素A[p]在排好序后的位置q
  3.        A[p]\leftrightarrow A[q]
  4.        Quicksort(A,p,q-1)
  5.        Quicksort(A,q+1,r)

C语言代码如下:

void QuickSort(int *A, int p, int r)
{if (p < r){//数组分块int pivot = Partition(A,p,r); // 递归调用QuickSort(A, p, pivot - 1);     // 左边的继续快排 QuickSort(A, pivot + 1, r);    // 右边的继续快排 }
}

Partition()的过程为,先从后向前扫描数组A,找到第一个不大于A[p]的元素A[j],然后从前扫描A找到第一个不大于A[p]的元素A[i],当i<j时,交换A[j]A[i]。这时 A[j]后面的数都大于A[p]  ,A[i]前面的数都小于A[p] ,重复上述操作,直到ij相遇。当j>i,j就代表了A[p]在排好序的数组中的正确位置q。此时在q位置之前的元素都不大于A[p],在q位置之后的元素都大于A[p]。根据上述过程,可以将原问题划成以q为边界的两个需要排序的子问题。

图示如下:

Partition()伪代码为:

输入:数组A[p.r]

输出:j,A的首元素在排好序的数组中的位置

  1. x\leftarrow A[p]
  2. i\leftarrow p
  3. j\leftarrow r
  4. while \quad true\quad do
  5.            \quad repeat\quad j\leftarrow j-1
  6.            until \quad A[j]\leq x
  7.            A[i]=A[j]
  8.            \quad repeat\quad i\leftarrow i+1
  9.            until \quad A[i]> x
  10. A[j]=A[i]
  11. return \quad j

 C语言代码实现:

int Partition(int *A,int p,int r)
{int i = p;int j = r;int k = A[p];while (i < j){while(i < j && A[j] >= k)     // 从右向左找第一个小于k的数{j--;}A[i]=A[j];while(i < j && A[i] <= k)      // 从左向右找第一个大于等于k的数{i++;}A[j]=A[i];}A[i] = k;return i;} 

如果每次划分得到的子问题大小都相等,那么以上算法的时间复杂度的地推公式为:

\begin{cases} T(n)=2T(\frac{n}{2})+O(n)\\ T(1)=0 \end{cases}

该方程的解是T(n)=O(n\log n)

完整代码为:

//算法2.5 Quicksort(A,p,r)  //p,r分别为数组A的首元素和尾元素的下标 
//输入:数组A[p..r],1<=p<=r<=n 
//输出:从A[p]到A[r]按照递增顺序排好序的数组A
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>void show(int array[], int len)
{int i;for(i = 0; i < len; i++){printf("%-3d", array[i]);}printf("\n");return ;
}void QuickSort(int *A, int p, int r)
{if (p < r){//数组分块int pivot = Partition(A,p,r); // 递归调用QuickSort(A, p, pivot - 1);     // 左边的继续快排 QuickSort(A, pivot + 1, r);    // 右边的继续快排 }
}int Partition(int *A,int p,int r)
{int i = p;int j = r;int k = A[p];while (i < j){while(i < j && A[j] >= k)     // 从右向左找第一个小于k的数{j--;}A[i]=A[j];while(i < j && A[i] <= k)      // 从左向右找第一个大于等于k的数{i++;}A[j]=A[i];}A[i] = k;return i;} 
int main()
{int A[13] = {27,99,0,8,13,64,86,16,7,10,88,25,90};int len = 13;printf("排序前:\n");show(A, len);QuickSort(A, 0, len-1);  // 快速排序printf("排序后:\n");show(A, len);return 0;
}

运行结果为:

 


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