面试指南 - 请实现一个快速排序算法

　　快速排序算法是诸多排序算法中性能较优的一种，也是很多内建排序类型所采用的算法。该算法在.NET面试和笔试中经常被考查到，下面将详细介绍快速排序的算法思想及代码示例。

所涉及的知识点：

• 使用C#实现快速排序算法

分析问题：

　　快速排序算法是公认的最为优秀的内部排序算法之一，其实实现思想很简单，并且在一般情况下性能较高。下面是该算法的基本思想：

1. 假设待排序的序列为L[m...n]，其中L[m...midlle-1]中的每个元素都小于L[midlle]，而L[midlle+1...n]中的每个元素都大于L[midlle]。
2. 递归调用快速排序算法，对L[m...midlle-1]和L[midlle+1...n]分别进行排序。
3. 由于是原地排序，所以递归结束后自然形成了有序序列。

　　下列代码给出了快速排序的一个实现示例：

 1 using System;
 2
 3 namespace Guying.Demo.ConsoleApp
 4 {
 5     class QuickSort
 6     {
 7         static void Main(string[] args)
 8         {
 9             int[] data = new int[] { 1, 1, 4, 3, 6, 7, 4, 5, 0, 0 };  // 建立测试数组
10             Run(data, 0, data.Length - 1);  // 进行快速排序
11             for (int i = 0; i < data.Length; i++)
12                 Console.Write("{0}, ", data[i]);
13             Console.Read();
14         }
15
16         /// <summary>
17         /// 快速排序算法
18         /// </summary>
19         /// <param name="data">排序数组</param>
20         /// <param name="low">排序下限</param>
21         /// <param name="high">排序上限</param>
22         static void Run(int[] data, int low, int high)
23         {
24             /**
25              * 简单设定中间值，并以此为一趟快速排序的分割点
26              * 注意这里是一个简单的算法
27              * 如果想对这个算法进行优化的话，可以采取随机的方法来获取分割点
28              * */
29             int middle = data[(low + high) / 2];
30
31             int i = low, j = high;  // 设定移动上下标
32
33             // 直至分割出两个序列
34             do
35             {
36                 // 扫描中值左边元素
37                 while (data[i] < middle && i < high) i++;
38                 // 扫描中值右边元素
39                 while (data[j] > middle && j > low) j--;
40                 // 找到了一对可交换的值
41                 if (i <= j)
42                 {
43                     // 交换
44                     int temp = data[i];
45                     data[i] = data[j];
46                     data[j] = temp;
47                     i++;
48                     j--;
49                 }
50             } while (i <= j);
51             // 递归对比分割点元素都小的那个序列进行快速排序
52             if (j > low) Run(data, low, j);
53             // 递归对比分割点元素都大的那个序列进行快速排序
54             if (i < high) Run(data, i, high);
55         }
56     }
57 }

　　编译并执行上述代码，可以得到如下结果：

说明：

　　快速排序算法在最坏的情况下运行时间为O(n²)，平均运行时间为O(nlgn)。快速排序的对象都读入内存中，所以输入内部输入内部排序。

　　快速排序基于比较关键字来确定元素的位置，所以它属于比较排序。同时，快速排序具有原地排序特性和不稳定特性，这意味着快速排序不需要额外的排序空间，但是不能确保相等的元素位置不被交换。

答案：

　　快速排序是最为高效的内部排序算法之一，其基本思想在于把排序对象分割为两列子序列，而其中一个子序列的值都大于另一个子序列的值，并且进一步递归排序所有子序列。

《.NET程序员面试真题》学习笔记