java怎么实现随机快速排序

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简介

快速排序也采用的是分而制之的思想。那么快速排序和归并排序的区别在什么地方呢？

归并排序是将所有的元素拆分成一个个排好序的数组，然后将这些数组再进行合并。

而快速排序虽然也是拆分，但是拆分之后的操作是从数组中选出一个中间节点，然后将数组分成两部分。

左边的部分小于中间节点，右边的部分大于中间节点。

然后再分别处理左边的数组合右边的数组。

快速排序的例子

假如我们有一个数组：29,10,14,37,20,25,44,15，怎么对它进行快速排序呢？

先看一个动画：

我们再分析一下快速排序的步骤。

我们选择的是最左边的元素29作为中间点元素，然后将数组分成三部分：[0, 14, 15, 20, 25],[29],[44, 37]。

中间节点29已经排好序了，不需要处理。

接下来我们再对左右分别进行快速排序。最后就得到了一个所有元素都排序的数组。

快速排序的java代码实现

我们先来看最核心的部分partition，如何将数组以中间节点为界，分成左右两部分呢？

我们的最终结果，是要将array分割成为三部分。

首先我们选择最左侧的元素作为中间节点的值。然后遍历数组中的其他元素。

假如m=middleIndex，k=要遍历的元素index

考虑两种情况，第一种情况是数组中的元素比中间节点的值要大。

这种情况下，m不需要移动，k+1继续遍历即可。

第二种情况下，数组中的元素比中间节点的值要小。

因为m左边的元素都要比中间节点的值要小，所以这种情况下m需要+1，即右移一位。

现在m+1位置的元素要么还没有进行比较，要么就是比中间节点的值要大，我们可以巧妙的将m+1位置的元素和k位置的元素互换位置，这样仍然能够保证m左侧的元素要比中间节点的值要小。

将上面的分析总结成java代码如下：

 private int partition(int[] array, int i, int j) {
        //选择最左侧的元素作为中心点,middleValue就是中心点的值
        int middleValue = array[i];
        int middleIndex = i;
        //从i+1遍历整个数组
        for (int k = i+1; k <= j; k++) {
            //如果数组元素小于middleValue，表示middleIndex需要右移一位
            //右移之后，我们需要将小于middleValue的array[k]移动到middleIndex的左边，
            // 最简单的办法就是交换k和middleIndex的值
            if (array[k] < middleValue) {
                middleIndex++;
                //交换数组的两个元素
                swap(array, k , middleIndex);
            } //如果数组元素大于等于middleValue,则继续向后遍历,middleIndex值不变
        }
        // 最后将中心点放入middleIndex位置
        swap(array, i, middleIndex);
        return middleIndex;
    }

最后我们需要将最左侧的元素和中间节点应该在的index的元素互换下位置，这样就将中间节点移动到了中间位置，并返回中间位置。

再来看下divide的代码：

    public void doQuickSort(int[] array, int low, int high) {
        //递归的结束条件
        if (low < high) {
            //找出中心节点的值
            int middleIndex = partition(array, low, high);
            //数组分成了三部分：
            // a[low..high] ~> a[low..m–1], pivot, a[m+1..high]
            //递归遍历左侧部分
            doQuickSort(array, low, middleIndex-1);
            // a[m] 是中心节点，已经排好序了，不需要继续遍历
            //递归遍历右侧部分
            doQuickSort(array, middleIndex+1, high);
            log.info("QuickSort之后的数组:{}",array);
        }
    }

divide的代码就很简单了，找到中间节点的位置之后，我们再分别遍历数组的左右两边即可。最后得到排好序的数组。

随机快速排序的java实现

上面的例子中，我们的中间节点的选择是数组的最左元素，为了保证排序的效率，我们可以从数组中随机选择一个元素来作为中间节点。

 private int partition(int[] array, int i, int j) {
        //随机选择一个元素作为中心点,middleValue就是中心点的值
        int randomIndex=i+new Random().nextInt(j-i);
        log.info("randomIndex:{}",randomIndex);
        //首先将randomIndex的值和i互换位置,就可以复用QuickSort的逻辑
        swap(array, i , randomIndex);
        int middleValue = array[i];
        int middleIndex = i;
        //从i遍历整个数组
        for (int k = i+1; k <= j; k++) {
            //如果数组元素小于middleValue，表示middleIndex需要右移一位
            //右移之后，我们需要将小于middleValue的array[k]移动到middleIndex的左边，
            // 最简单的办法就是交换k和middleIndex的值
            if (array[k] < middleValue) {
                middleIndex++;
                //交换数组的两个元素
                swap(array, k , middleIndex);
            } //如果数组元素大于等于middleValue,则继续向后遍历,middleIndex值不变
        }
        // 最后将中心点放入middleIndex位置
        swap(array, i, middleIndex);
        return middleIndex;
    }

上面的代码，我们在分区的时候，先选择出一个随机的节点，然后将这个随机的节点和最左侧的元素交换位置，后面的代码就可以重用上面的QuickSort的代码逻辑了。

读到这里，这篇“java怎么实现随机快速排序”文章已经介绍完毕，想要掌握这篇文章的知识点还需要大家自己动手实践使用过才能领会，如果想了解更多相关内容的文章，欢迎关注亿速云行业资讯频道。