詳解快速排序演算法中的區間劃分法及Java實現樣本_java

快速排序是C.R.A.Hoare於1962年提出的一種劃分交換排序。該方法的基本思想是：
1．先從數列中取出一個數作為基準數。
2．分區過程，將比這個數大的數全放到它的右邊，小於或等於它的數全放到它的左邊。
3．再對左右區間重複第二步，直到各區間只有一個數。
演算法的思路很清晰，但是如果在區間劃分過程中邊界值沒有處理好，也是很容易出現bug的。下面給出兩種比較清晰的思維來指導區間劃分代碼的編寫。
第一種思維即所謂的挖坑法思維，下面通過分析一個執行個體來分析一下挖坑法的過程：
以一個數組作為樣本，取區間第一個數為基準數。

初始時，left = 0; right= 9;   X = a[left] = 72
由於已經將a[0]中的數儲存到X中，可以理解成在數組a[0]上挖了個坑，可以將其它資料填充到這來。
從right開始向前找一個<=X的數。顯然,right=8時，符合條件，將a[8]挖出再填到上一個坑a[left]中。 這樣一個坑a[0]就被搞定了，但又形成了一個新坑a[8]，這怎麼辦了？簡單，再找數字來填a[8]這個坑。這次從left開始向後找一個大於X的數，當left=3，符合條件，將a[3]挖出再填到上一個坑a[right] 中;
數組變為：

再重複上面的步驟，最終數組將變成如下形式：

可以看出a[5]前面的數字都小於它，a[5]後面的數字都大於它。將X填入a[5]的坑中，資料變為：

因此再對a[0…4]和a[6…9]這二個子區間重複上述步驟就可以了。
對挖坑填數進行總結
1．i =L; j = R; 將基準數挖出形成第一個坑a[i]。
2．j--由後向前找比它小的數，找到後挖出此數填前一個坑a[i]中。
3．i++由前向後找比它大的數，找到後也挖出此數填到前一個坑a[j]中。
4．再重複執行2，3二步，直到i==j，將基準數填入a[i]中。
照此分區方法，快速排序Java代碼如下：

public class Partition {   /**   * 基於base劃分，小的在左，大的在右， 不要求整個序列有序   *   * @param ary   * @param base   */  static void sort(int[] ary, int base) {   int left = 0;   int right = ary.length - 1;      int leftpoint = left, rightpoint = right;      while (true) {    // 分成左右兩邊同時進行比較，一邊從左向右，一邊從右向左，    while (leftpoint < right && ary[leftpoint++] < base); //leftpoint大於right或ary[leftpoint]>base停止迴圈        while (rightpoint >= left && ary[rightpoint--] > base); //反之    System.out.println("左邊需要交換的索引:" + (leftpoint-1));    System.out.println("右邊需要交換的索引:"+ (rightpoint+1));    //上面拿到了不合格兩個索引，即需要交換的兩個索引    if (leftpoint - 1 < rightpoint + 1) {//需要交換     swap(ary, leftpoint - 1, rightpoint + 1);     Util.printArray(ary);     leftpoint = left;     rightpoint = right;    } else {     break;    }   }  }     private static void swap(int[] ary, int a, int b) {   int temp = ary[a];   ary[a] = ary[b];   ary[b] = temp;  }   public static void main(String[] args) {   int[] ary = Util.generateIntArray(10);   System.out.println("原序列：");   Util.printArray(ary);   sort(ary, 5);   System.out.println("排序後：");   Util.printArray(ary);  } } 

結果：

原序列： [2, 8, 4, 3, 7, 5, 1, 9, 0, 6] 左邊需要交換的索引:1 右邊需要交換的索引:8 [2, 0, 4, 3, 7, 5, 1, 9, 8, 6] 左邊需要交換的索引:4 右邊需要交換的索引:6 [2, 0, 4, 3, 1, 5, 7, 9, 8, 6] 左邊需要交換的索引:5 右邊需要交換的索引:5 排序後： [2, 0, 4, 3, 1, 5, 7, 9, 8, 6] 

區間劃分的的另一種指導思維:
將數組的第一個元素作為區間劃分值，從第二個元素開始分區，直到形成如圖所示的結果，

然後交換l<t區間的右邊界值和t,形成如下的結果：

如此，可以如下編寫快速排序代碼：

public void qSort(int array[],int left,int right)  {   if(left < right){     int key = array[left];     int high = right;        int low = left+1;        while(true){          while(low <= high && array[low] <= key) low++;      while(low <= high && array[high] >= key) high--;             if(low > high)      break;      swap(array,low,high);    }    swap(array,left,high);        printArray(array);     qSort(array,left,high-1);     qSort(array,high+1,right);   }  }