java实现快速排序算法代码实例

原创admin 分类：热门问答 2024-05-09 21:56:12 0

java实现快速排序算法代码实例
排序算法是计算机科学中的基础算法，用于对数据集进行排序。在众多排序算法中，快速排序因其高效性而广受欢迎。快速排序由C. A. R. Hoare在1960年提出，它的基本思想是通过一个分界值（pivot）将数据分为两部分，一部分数据比另一部分数据要小，然后再递归地对这两部分数据进行快速排序操作。

快速排序的定义与目的

快速排序是一种分治算法，它将一个大问题分解为两个较小的子问题来解决。其主要目的是通过递归的方式，将一个无序的数组或列表排序成有序的序列。

快速排序与其它排序算法的对比

快速排序与冒泡排序、插入排序等算法相比，具有更优的平均时间复杂度。冒泡排序和插入排序的平均时间复杂度为O(n^2)，而快速排序的平均时间复杂度为O(n log n)。但是，在最坏的情况下，快速排序的时间复杂度也会退化到O(n^2)，这通常发生在输入数组已经接近有序时。

核心类与方法

快速排序算法的核心在于选择一个元素作为“基准”（pivot），然后重新排列数组，使得所有比基准小的元素都在基准的左边，所有比基准大的元素都在基准的右边。这个过程称为分区（partitioning）。之后，递归地对基准左边和右边的子数组进行同样的操作。

使用场景

快速排序适用于大数据集的排序，尤其是在原始数据部分有序或完全无序的情况下，快速排序的性能通常优于其他O(n^2)时间复杂度的排序算法。

代码案例

以下是两个Java实现快速排序算法的代码实例：

案例一：

public class QuickSortExample1 {
    public static void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
        if (low < high) {
            int pi = partition(arr, low, high);
            quickSort(arr, low, pi - 1);
            quickSort(arr, pi + 1, high);
        }
    }

    private static int partition(int[] arr, int low, int high) {
        int pivot = arr[high];
        int i = (low - 1);
        for (int j = low; j < high; j++) {
            if (arr[j] < pivot) {
                i++;
                int temp = arr[i];
                arr[i] = arr[j];
                arr[j] = temp;
            }
        }
        int temp = arr[i + 1];
        arr[i + 1] = arr[high];
        arr[high] = temp;

        return i + 1;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {10, 7, 8, 9, 1, 5};
        quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
        System.out.println("Sorted array: ");
        for (int i : arr) {
            System.out.print(i + " ");
        }
    }
}

案例二：

public class QuickSortExample2 {
    public static void quickSort(int[] arr) {
        quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
    }

    private static void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
        if (low < high) {
            int pivotIndex = partition(arr, low, high);
            quickSort(arr, low, pivotIndex - 1);
            quickSort(arr, pivotIndex + 1, high);
        }
    }

    private static int partition(int[] arr, int low, int high) {
        int pivot = arr[high];
        int i = low - 1;
        for (int j = low; j < high; j++) {
            if (arr[j] <= pivot) {
                i++;
                swap(arr, i, j);
            }
        }
        swap(arr, i + 1, high);
        return i + 1;
    }

    private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
        int temp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = temp;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {10, 7, 8, 9, 1, 5};
        quickSort(arr);
        System.out.println("Sorted array: ");
        for (int i : arr) {
            System.out.print(i + " ");
        }
    }
}

问题	回答
快速排序的平均时间复杂度是多少？	快速排序的平均时间复杂度是O(n log n)。
快速排序的最坏情况时间复杂度是多少？	在最坏情况下，快速排序的时间复杂度是O(n^2)。
快速排序是否稳定？	快速排序是不稳定的，因为相等的元素可能会交换顺序。
如何选择快速排序的基准值？	基准值的选择有多种方法，如随机选择、选择首元素、中间元素等。
快速排序的空间复杂度是多少？	快速排序的空间复杂度是O(log n)，这是因为递归的特性。