在 Java 中就地快速排序

Question

为了刷新一些 Java，我尝试实现一个可以对整数数组进行排序的快速排序（就地）算法。以下是我到目前为止的代码。您可以通过 sort(a,0,a.length-1).

来调用它

如果 'pointers' i,j 都指向一个与主元具有相同值的数组条目，则此代码显然会失败（进入无限循环）。枢轴元素 v 始终是当前分区的最右边（具有最大索引的那个）。

但我不知道如何避免这种情况，有人看到解决方案吗？

static void sort(int a[], int left, int right)   {
    if (right > left){
        int i=left, j=right-1, tmp;
        int v = a[right]; //pivot
        int counter = 0;
        do {
            while(a[i]<v)i++;
            while(j>0 && a[j]>v)j--;

            if( i < j){
                tmp = a[i];
                a[i] = a[j];
                a[j] = tmp;
            }
        } while(i < j);
        tmp = a[right];
        a[right] = a[i];
        a[i] = tmp;
        sort(a,left,i-1);
        sort(a,i+1,right);

    }
}

Answer 1

在执行快速排序时，我强烈建议创建一个单独的分区方法，以使代码更易于理解（我将在下面展示一个示例）。除此之外，避免最坏情况运行时间的一个好方法是在执行快速排序之前对要排序的数组进行洗牌。我还使用第一个索引而不是最后一个作为分区项。

例如：

public static void sort (int[] a)
{
    StdRandom.shuffle(a);
    sort(a, 0, a.length - 1);
}

private static void sort(int[] a, int lo, int hi)
{
    if (hi <= lo) return;
    int j = partition(a, lo, hi) // the addition of a partitioning method
    sort(a, lo, j-1);
    sort(a, j+1, hi);
}

private static int partition(int[] a, int lo, int hi)
{
    int i = lo, j = hi + 1, tmp = 0;
    int v = a[lo];
    while (true)
    {
         while (a[i++] < v) if (i == hi) break;
         while (v < a[j--]) if (j == lo) break;
         if (i >= j) break;
         tmp = a[i];
         a[i] = a[j];
         a[j] = tmp;
    }
    tmp = a[lo];
    a[lo] = a[j];
    a[j] = temp;
    return j;
}

最重要的是，如果您想要一个关于快速排序如何工作的非常好的示例（作为复习），请参阅 here。

Answer 2

这应该有效（~~稍后会检查正确性~~，有效！）：

编辑：我之前在错误检查中犯了一个错误。我忘了再添加2个条件，这里是修改后的代码。

public static void main (String[] args) throws java.lang.Exception
{
    int b[] = {10, 9, 8, 7, 7, 7, 7, 3, 2, 1};
    sort(b,0,b.length-1);
    System.out.println(Arrays.toString(b));
}

static void sort(int a[], int left, int right)   {  
   if (right > left){
    int i=left, j=right, tmp;    
    //we want j to be right, not right-1 since that leaves out a number during recursion

    int v = a[right]; //pivot

    do {
        while(a[i]<v)
          i++;
        while(a[j]>v) 
        //no need to check for 0, the right condition for recursion is the 2 if statements below.
          j--;

        if( i <= j){            //your code was i<j
           tmp = a[i];
           a[i] = a[j];
           a[j] = tmp;
           i++;            
           j--;
           //we need to +/- both i,j, else it will stick at 0 or be same number
        }
   } while(i <= j);           //your code was i<j, hence infinite loop on 0 case

    //you had a swap here, I don't think it's needed.
    //this is the 2 conditions we need to avoid infinite loops
    // check if left < j, if it isn't, it's already sorted. Done

    if(left < j)  sort(a,left,j);
    //check if i is less than right, if it isn't it's already sorted. Done
    // here i is now the 'middle index', the slice for divide and conquer.

    if(i < right) sort(a,i,right);
  }

}

This Code in the IDEOne online compiler

基本上 我们确保如果 i/j 的值与主元相同，我们也交换值，并跳出递归。

伪代码中还检查了长度，就好像我们有一个只有 1 个项目的数组，它已经排序了（我们忘记了基本情况），我想我们需要它，但由于您传入索引和整个数组，而不是子数组，我们只是递增 i 和 j，这样算法就不会停留在 0（它们已完成排序），但仍会继续对 1 的数组进行排序。 :)

此外，我们必须添加 2 个条件来检查数组是否已经为递归调用排序。没有它，我们将永远对一个已经排序的数组进行排序，因此会出现另一个无限循环。看看我是如何添加检查 if left less than j 和 if i less right 的。此外，在传入 i 和 j 时，i 实际上是我们分而治之的中间索引，j 将是中间值之前的值。

它的伪代码取自RosettaCode:

function quicksort(array)
    if length(array) > 1
        pivot := select any element of array
        left := first index of array
        right := last index of array
        while left ≤ right
            while array[left] < pivot
                left := left + 1
            while array[right] > pivot
                right := right - 1
            if left ≤ right
                swap array[left] with array[right]
                left := left + 1
                right := right - 1
        quicksort(array from first index to right)
        quicksort(array from left to last index)

参考：这个SO question

另读this for a quick refresher, it's implemented differently with an oridnary while loop

这很有趣 :)

Answer 3

这是我写的一些简单代码，没有初始化很多指针，并且以简单的方式完成了工作。

public int[] quickSort(int[] x ){
    quickSortWorker(x,0,x.length-1);
    return x;
}


private int[] quickSortWorker(int[] x, int lb, int ub){
    if (lb>=ub) return x; 
    int pivotIndex = lb;
    for (int i = lb+1 ; i<=ub; i++){
        if (x[i]<=x[pivotIndex]){
            swap(x,pivotIndex,i);
            swap(x,i,pivotIndex+1);
            pivotIndex++;
        }
    }
    quickSortWorker(x,lb,pivotIndex-1);
    quickSortWorker(x,pivotIndex+1,ub);
    return x;
}

private void swap(int[] x,int a, int b){
    int tmp = x[a];
    x[a]=x[b];
    x[b]=tmp;
}

在 Java 中就地快速排序

Inplace Quicksort in Java

java

quicksort