五分鐘學會一個高難度算法：快速排序

前言

因爲LeetCode上的算法題不少涉及到一些基礎的數據結構，爲了更好的理解後續更新的一些複雜題目的動畫，推出一個新系列 -----《圖解數據結構》，主要使用動畫來描述常見的數據結構和算法。本系列包括十大排序、堆、隊列、樹、並查集、圖等等大概幾十篇。

快速排序

快速排序是由東尼·霍爾所發展的一種排序算法。在平均情況下，排序 n 個項目要 Ο(nlogn) 次比較。在最壞情況下則須要 Ο(n2) 次比較，但這種情況並不常見。事實上，快速排序一般明顯比其餘 Ο(nlogn) 算法更快，由於它的內部循環（inner loop）能夠在大部分的架構上頗有效率地被實現出來。

快速排序使用分治法（Divide and conquer）策略來把一個串行（list）分爲兩個子串行（sub-lists）。

快速排序又是一種分而治之思想在排序算法上的典型應用。本質上來看，快速排序應該算是在冒泡排序基礎上的遞歸分治法。

算法步驟

1. 從數列中挑出一個元素，稱爲 「基準」（pivot）;

2. 從新排序數列，全部元素比基準值小的擺放在基準前面，全部元素比基準值大的擺在基準的後面（相同的數能夠到任一邊）。在這個分區退出以後，該基準就處於數列的中間位置。這個稱爲分區（partition）操做；

3. 遞歸地（recursive）把小於基準值元素的子數列和大於基準值元素的子數列排序；

遞歸的最底部情形，是數列的大小是零或一，也就是永遠都已經被排序好了。雖然一直遞歸下去，可是這個算法總會退出，由於在每次的迭代（iteration）中，它至少會把一個元素擺到它最後的位置去。

來源：github.com/hustcc/JS-S…

算法演示

排序動畫過程解釋

1. 首先，操做數列中的全部數字

2. 在全部數字中選擇一個數字做爲排序的基準（pivot）, pivot 一般是隨機選擇的，在這裏爲了演示方便，咱們選擇最右邊的數字做爲 pivot

3. 選取好 pivot 後，在操做數列中選擇最左邊的數字標記爲 左標記 ，最右邊的數字標記爲 右標記

4. 將左邊的標記向右移動

5. 當 左標記 達到超過 pivot 的數字時，中止移動

6. 在這裏，8 > 6 ,因此中止移動

7. 而後將右邊的標記向左移動

8. 當 右標記 達到小於 pivot 的數字時，中止移動

9. 在這裏，4 > 6 ,因此中止移動

10. 當左右標記中止時，更改標記的數字

11. 所以，左標記 的做用是找到一個大於 pivot 的數字，右標記 的做用是找到一個小於 pivot 的數字

12. 經過交換數字，能夠在數列的左邊收集小於 pivot 的數字集合，右邊收集大於 pivot 的數字集合

13. 交換以後，繼續移動 左標記

14. 在這裏，9 > 6 ,因此中止移動

15. 而後將右邊的標記向左移動

16. 當 右標記 碰撞到 左標記 時也中止移動

17. 若是左右側的標記中止時，而且都在同一個位置，將這個數字和 pivot 的數字交換

18. 這就完成了第一次操做

19. 小於 6 的都在 6 的左側，大於 6 的都在 6 的右側

20. 而後遞歸對這分紅的兩部分都執行一樣的操做

21. 完成 快速排序

代碼實現

爲了更好的讓讀者用本身熟悉的編程語言來理解動畫，筆者將貼出多種編程語言的參考代碼，代碼所有來源於網上。

C++代碼實現

Java代碼實現

Python代碼實現

JavaScript代碼實現

若是你是iOS開發者，能夠在GitHub上 github.com/MisterBooo/… 獲取更直觀可調試運行的源碼。

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