【初探】快速排序

快速排序是冒泡排序的改进版，也是最好的一种内排序，在很多面试题中都会出现，也是作为程序员必须掌握的一种排序方法。

　　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。

思想: 1.在待排序的元素任取一个元素作为基准(通常选第一个元素，但最的选择方法是从待排序元素中随机选取一个作为基准)，称为基准元素；

   2.将待排序的元素进行分区，比基准元素大的元素放在它的右边，比其小的放在它的左边；   3.对左右两个分区重复以上步骤直到所有元素都是有序的。

　　“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。

虽然快速排序称为分治法，但分治法这三个字显然无法很好的概括快速排序的全部步骤。因此我的对快速排序作了进一步的说明：挖坑填数+分治法：先来看实例吧，定义下面再给出（最好能用自己的话来总结定义，这样对实现代码会有帮助）。以一个数组作为示例，取区间第一个数为基准数。

初始时，i = 0; j = 9; X = a[i] = 72，由于已经将a[0]中的数保存到X中，可以理解成在数组a[0]上挖了个坑，可以将其它数据填充到这来。从 j开始向前找一个比X小或等于X的数。当j=8，符合条件，将a[8]挖出再填到上一个坑a[0]中。a[0]=a[8]; i++; 这样一个坑a[0]就被搞定了，但又形成了一个新坑a[8]，这怎么办了？简单，再找数字来填a[8]这个坑。这次从i开始向后找一个大于X的数，当 i=3，符合条件，将a[3]挖出再填到上一个坑中a[8]=a[3]; j–;数组变为：

i = 3; j = 7; X=72，再重复上面的步骤，先从后向前找，再从前向后找。从j开始向前找，当j=5，符合条件，将a[5]挖出填到上一个坑中，a[3] = a[5]; i++;从i开始向后找，当i=5时，由于i==j退出。此时，i = j = 5，而a[5]刚好又是上次挖的坑，因此将X填入a[5]。

数组变为：

可以看出a[5]前面的数字都小于它，a[5]后面的数字都大于它。因此再对a[0…4]和a[6…9]这二个子区间重复上述步骤就可以了。

对挖坑填数进行总结

1．i =L; j = R; 将基准数挖出形成第一个坑a[i]。

2．j–由后向前找比它小的数，找到后挖出此数填前一个坑a[i]中。

3．i++由前向后找比它大的数，找到后也挖出此数填到前一个坑a[j]中。

4．再重复执行2，3二步，直到i==j，将基准数填入a[i]中。

注意：快速排序还有很多改进版本，如随机选择基准数，区间内数据较少时直接用另的方法排序以减小递归深度。有兴趣的筒子可以再深入的研究下。注1，有的书上是以中间的数作为基准数的，要实现这个方便非常方便，直接将中间的数和第一个数进行交换就可以了。

以上是写快速排序的第一种思想方法

总结第一种方法：
1. 首先让j从右往左找比基准数值小的数， 找到后，把j上的值赋值到k(就是基准数值）
2. 然后在i从左往右找基准数值大的数， 找到后，把i的值赋值到j上去，
3. 当i=j时候， 就是相遇时，即同一个位置， 就把基准数值添加到“i=j”的位置上，

这是快速排序的第二种思想方法

总结第二种方法为： 1.首先让j从右往左找比基准数值小的数。 然后在i从左往右找基准数值大的数， 此时就交换i和j的位置 注意：每次先让j先走

       2.  当i=j时候，  就是相遇时，即同一个位置，  就把基准数值与“i=j”这个位置上的数交换即可，         这样就完成了第一次数的划分，        3.  就这样一轮结束后  再对左右两个分区重复以上的步骤即可，  直到所有元素都是有序的

以上两种方法本人都已经实现过了， 个人觉得第二种方法简单易懂， 觉得有难度的朋友可以先学习第二种方法， 弄懂后再去搞第一种方法， 但是第一种方法的实现代码要比第二种方法的实现代码的语句要少，

算法分析：1.当分区选取的基准元素为待排序元素中的最大或最小值时，为最坏的情况，时间复杂度和直接插入排序的一样，移动次数达到最大值

 Cmax = 1+2+...+(n-1) = n*(n-1)/2 = O(n2) 此时最坏时间复杂为O(n2) 2.当分区选取的基准元素为待排序元素中的"中值"，为最好的情况，时间复杂度为O(nlog2n)。3.快速排序的空间复杂度为O(log2n). 4.当待排序元素类似[6,1,3,7,3]且基准元素为6时，经过分区，形成[1,3,3,6,7],两个3的相对位置发生了改变，所是快速排序是一种不稳定排序。

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算法分析

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时间复杂度

当数据有序时，以第一个关键字为基准分为两个子序列，前一个子序列为空，此时执行效率最差。而当数据随机分布时，以第一个关键字为基准分为两个子序列，两个子序列的元素个数接近相等，此时执行效率最好。所以，数据越随机分布时，快速排序性能越好；数据越接近有序，快速排序性能越差。

快速排序的时间复杂度在最坏情况下是O(N2)，平均的时间复杂度是O(N*lgN)。

这句话很好理解：假设被排序的数列中有N个数。遍历一次的时间复杂度是O(N)，需要遍历多少次呢？至少lg(N+1)次，最多N次。

(01) 为什么最少是lg(N+1)次？快速排序是采用的分治法进行遍历的，我们将它看作一棵二叉树，它需要遍历的次数就是二叉树的深度，而根据完全二叉树的定义，它的深度至少是lg(N+1)。因此，快速排序的遍历次数最少是lg(N+1)次。

(02) 为什么最多是N次？这个应该非常简单，还是将快速排序看作一棵二叉树，它的深度最大是N。因此，快读排序的遍历次数最多是N次。

空间复杂度

快速排序在每次分割的过程中，需要 1 个空间存储基准值。而快速排序的大概需要 Nlog2N次 的分割处理，所以占用空间也是 Nlog2N 个。

算法稳定性

在快速排序中，相等元素可能会因为分区而交换顺序，所以它是不稳定的算法。