python實現快速排序的兩種方法

代碼環境：python3.6

遞歸實現

步驟：

1. 從序列中挑出任意一個元素爲pivot，此處選擇序列最後一個元素，若是更改，須要相應變動如下步驟內容；
2. 設置兩個指針left和right，指向序列的最左和最右兩個元素；
3. 從left開始，找到第一個比pivot大的元素；切換到right，找到第一個比pivot小的元素；
4. 將left和right此時指向的元素互換；
5. 重複1-4步驟，直到left==right，將pivot和left對應的元素互換，這樣以pivot分割左右兩個區，左邊元素都比pivot小，右邊元素都比pivot大；
6. 將兩個分區分別遞歸重複1-5步驟，直到不可再分區，遞歸條件就是start<end。

算法實現：

def partition(mylist, start, end):
    pivot = mylist[end]
    left = start
    right = end

    while left < right:
        while left < right and mylist[left] <= pivot:
            left += 1
        while left < right and mylist[right] >= pivot:
            right -= 1
        if left != right:
            mylist[left], mylist[right] = mylist[right], mylist[left]

    mylist[end], mylist[left] = mylist[left], pivot
    return left


def quick_sort(mylist, start, end):
    """
    mylist: 待排序的 list
    start: mylist第一個元素索引
    end: mylist最後一個元素索引
    """
    if start < end:
        mid = partition(mylist, start, end)
        quick_sort(mylist, start, mid - 1)
        quick_sort(mylist, mid + 1, end)


if __name__ == "__main__":
    mylist = [12, 33, 199, 0, 54, 77, 11, 54, 9, 7]
    quick_sort(mylist, 0, len(mylist) - 1)
    print(f'快速排序後：{mylist}')

非遞歸實現

絕大多數用遞歸實現的問題，均可以用棧的方式來代替。

爲何？由於咱們代碼中一層層的方法調用，自己就是一個函數棧，每次進入一個新方法，就至關於入棧；每次有方法返回，就至關於出棧。

因此，咱們能夠利用棧存儲每一次調用方法的參數。

算法實現：

class Stack():
    """簡單實現一個棧，本質就是個list"""
    def __init__(self):
        self.items = []

    def is_empty(self):
        return self.items == []

    def push(self, item):
        self.items.append(item)

    def pop(self):
        return self.items.pop()


# 此方法與上面例子同樣，保持不變
def partition(mylist, start, end):
    pivot = mylist[end]
    left = start
    right = end

    while left < right:
        while left < right and mylist[left] <= pivot:
            left += 1
        while left < right and mylist[right] >= pivot:
            right -= 1
        if left != right:
            mylist[left], mylist[right] = mylist[right], mylist[left]

    mylist[end], mylist[left] = mylist[left], pivot
    return left


def quick_sort(mylist):
    stack = Stack()
    start = 0
    end = len(mylist) - 1

    if start < end:
        mid = partition(mylist, start, end)
        if start < mid - 1:
            stack.push((start, mid - 1))
        if mid + 1 < end:
            stack.push((mid + 1, end))
        while not stack.is_empty():
            start, end = stack.pop()
            mid = partition(mylist, start, end)
            if start < mid - 1:
                stack.push((start, mid - 1))
            if mid + 1 < end:
                stack.push((mid + 1, end))


if __name__ == "__main__":
    mylist = [12, 33, 199, 0, 54, 77, 11, 54, 9, 7]
    quick_sort_stack(mylist)
    print(f'快速排序後：{mylist}')