最近在学python,其中有个要求实现快速排序的练习,就顺便复习了c++的快速排序实现。
快速排序的基本思想是,通过一轮的排序将序列分割成独立的两部分,其中一部分序列的关键字(这里主要用值来表示)均比另一部分关键字小。继续对长度较短的序列进行同样的分割,最后到达整体有序。在排序过程中,由于已经分开的两部分的元素不需要进行比较,故减少了比较次数,降低了排序时间。
详细描述:首先在要排序的序列 a 中选取一个中轴值,而后将序列分成两个部分,其中左边的部分 b 中的元素均小于或者等于 中轴值,右边的部分 c 的元素 均大于或者等于中轴值,而后通过递归调用快速排序的过程分别对两个部分进行排序,最后将两部分产生的结果合并即可得到最后的排序序列。
“基准值”的选择有很多种方法。最简单的是使用第一个记录的关键字值。但是如果输入的数组是正序或者逆序的,就会将所有的记录分到“基准值”的一边。较好的方法是随机选取“基准值”,这样可以减少原始输入对排序造成的影响。但是随机选取“基准值”的开销大。
为了实现一次划分,我们可以从数组(假定数据是存在数组中)的两端移动下标,必要时交换记录,直到数组两端的下标相遇为止。为此,我们附设两个指针(下角标)i 和 j, 通过 j 从当前序列的有段向左扫描,越过不小于基准值的记录。当遇到小于基准值的记录时,扫描停止。通过 i 从当前序列的左端向右扫描,越过小于基准值的记录。当遇到不小于基准值的记录时,扫描停止。交换两个方向扫描停止的记录 a[j] 与 a[i]。 然后,继续扫描,直至 i 与 j 相遇为止。扫描和交换的过程结束。这是 i 左边的记录的关键字值都小于基准值,右边的记录的关键字值都不小于基准值。
下面是实现代码和测试代码,使用了c++的模板函数,只有有实现operator <的类都可以排序:
实现一:
//快速排序练习c++实现 //author:sixbeauty #include<iostream> #include<vector> #include<string> template<typename T> void swapData(std::vector<T> &p,int i,int j) //交换向量中两个位置的值 { T data=p[i]; p[i]=p[j]; p[j]=data; } template<typename T> void quickSort(std::vector<T> &p,int left,int right) //快速排序实现函数 { if(left>=right) return ; //若右标志为小于或等于左标志位,则不作任何事 int center=(left+right)/2; //取中间数为key值 int i=left,j=right; //左、右游标定义 while(1) { while(p[i]<p[center]) i++; //左游标移到第一个小于key值的位置 while(p[j]>p[center]) //右游标的移动 j--; if(i==j) break; //i==j时,左、右游标i,j同时移动到key值的位置,排序完成 else if(i==center) { center=j; //若左游标移动到key的位置而右游标未移动,交换i、j的值后,center也要改变 } else if(j==center) { center=i; } swapData(p,i,j); } quickSort(p,left,center-1); quickSort(p,center+1,right); } int main() { //测试代码 /*int p1[8]={1,4,5,7,11,2,18,9}; std::vector<int> vetInt; for(int i=0;i<8;i++) vetInt.push_back(p1[i]); quickSort<int>(vetInt,0,7); for(std::vector<int>::iterator itr=vetInt.begin();itr!=vetInt.end();itr++) std::cout<<*itr<<","; std::cout<<std::endl;*/ //测试代码 std::string p1[8]={"ba","a","abd","defef","c","ca","daaa","aaa"}; std::vector<std::string> vetStr; for(int i=0;i<8;i++) vetStr.push_back(p1[i]); quickSort<std::string>(vetStr,0,7); for(std::vector<std::string>::iterator itr=vetStr.begin();itr!=vetStr.end();itr++) std::cout<<*itr<<","; std::cout<<std::endl; }
实现二:
上面的实现是我按照以前教材上的逻辑做出来的,由于这个实现用了swap,多次的数值交换降低了效率,存在提升的空间,后来在网上看到一个更高效的版本,它选取数组第一位为key值。
举例说明一下吧,这个可能不是太好理解。假设要排序的序列为
2 2 4 9 3 6 7 1 5 首先用2当作基准,使用i j两个指针分别从两边进行扫描,把比2小的元素和比2大的元素分开。首先比较2和5,5比2大,j左移
2 2 4 9 3 6 7 1 5 比较2和1,1小于2,所以把1放在2的位置
2 1 4 9 3 6 7 1 5 比较2和4,4大于2,因此将4移动到后面
2 1 4 9 3 6 7 4 5 比较2和7,2和6,2和3,2和9,全部大于2,满足条件,因此不变
经过第一轮的快速排序,元素变为下面的样子
[1] 2 [4 9 3 6 7 5]
实现代码如下:
template<typename T> void quickSort(std::vector<T> &p,int left,int right) //快速排序实现函数 { if(left>=right) return ; //若右标志为小于或等于左标志位,则不作任何事 T keyData=p[left]; //选取第一位为key值 int i=left,j=right; //左、右游标定义 while(i<j) { while(i<j && p[j]>keyData) //第一次进入循环,i=left,所以p[i]的值等于keyData,后面我们要保证p[i]=keyData j--; //右游标移动到第一个小于key值的位置,i<j保证不出界,防止下面的赋值出错 p[i]=p[j]; //这时p[j]的值等于keyData,但我们不马上赋值 while(i<j && p[i]<keyData) i++; p[j]=p[i]; //经过这一轮后,p[i]的值又重新等于keyData } //跳出循环后,在i以前的值都小于keyData,在i以后的值都大于keyData,这时只要把keyData赋值给p[i]即可 p[i]=keyData; if(left<i) //这里必须加这个,不然在left是最小值的情况是死循环 quickSort(p,left,i-1); quickSort(p,i+1,right); }
测试代码用上面的即可;
实现三(python实现):
python没有类模板,而且里面的所谓函数重载根本不能算重载嘛,整就一个c++里面的缺省参数(就多了个利用参数关键字赋值),不过python实现起来真的快很多,就忍了。
下面是实现代码:
#FileName: quckSort.py #author: sixbeauty def quickSort(p,left,right): if(left>=right): return keyData=p[left] i=left j=right while i<j: while (i<j and p[j]>keyData): j-=1 p[i]=p[j] while (i<j and p[i]<keyData): i+=1 p[j]=p[i] p[i]=keyData if(i>left): quickSort(p,left,i-1) quickSort(p,i+1,right) p=[8,4,5,7,11,2,9,19] quickSort(p,0,7) print(p)
下次讨论python实现的压缩备份程序,python的实现比c++快多了,就算封装成类还是要方便多=_=
快速排序的c++实现 和 python 实现