快排QuickSort四种实现代码及简单优化_快速排序实现代码

 一.优化

1.三数取中

        三数取中是一种优化快速排序算法的方法，可以提高排序的效率。传统的快速排序算法是以待排序数组的第一个元素为基准进行划分，但是如果待排序数组已经有序或接近有序，会导致快速排序的效率很低。三数取中的优化方法是选取待排序数组的头、尾和中间位置的三个元素，然后将这三个元素按照从小到大的顺序排列，取中间的元素作为基准。

int GetMidIndex(int* a, int left, int right)
{
	int mid = (left + (rand() % (right - left))) / 2;
	if (a[left] < a[mid])
	{
		if (a[mid] < a[right])
		{
			return mid;
		}
		else if (a[left] < a[right])
		{
			return right;
		}
		else
		{
			return left;
		}
 
	}
	else
	{
		if (a[left] < a[right])
		{
			return left;
		}
		else if (a[mid] > a[right])
		{
			return mid;
		}
		else
		{
			return right;
		}
 
	}
	return left;
}

2.三路划分--指针法

        三路划分是对快速排序的一种优化方法，能够处理含有大量重复元素的数组。传统的快速排序将数组划分为两个部分，使得左半部分的元素都小于等于选定的主元素，右半部分的元素都大于等于主元素。

        而三路划分将数组划分为三个部分，分别是小于、等于和大于主元素的部分。具体实现方法如下：

        1. 随机选择一个元素作为主元素。
        2. 用两个指针分别指向数组的开头和结尾，并且用第三个指针记录当前位置。
        3. 从头开始遍历数组，若当前元素小于主元素，则将该元素与小于部分的下一个位置进行交换，并将小于部分的指针往后移动，当前位置也向后移动。
        4. 若当前元素等于主元素，则将当前位置向后移动。
        5. 若当前元素大于主元素，则将该元素与大于部分的前一个位置进行交换，并将大于部分的指针往前移动，但当前位置不变。
        6. 重复上述步骤，直到当前位置指针与大于部分的指针相遇。

        通过三路划分，能够将数组划分为小于、等于和大于主元素的三个部分，然后递归地对小于和大于部分进行排序。这样可以避免重复元素的多次比较，从而提高快速排序的效率。

void QuickSort(int* a, int begin, int end)
{
	if (begin >= end)
	{
		return;
	}
	//优化 三路划分 将等于key的收录到中间；
	int left = begin;
	int right = end;
	int cur = left + 1;
 
	srand(time(0));
 
 
	int midi = GetMidIndex(a, left, right);
	Swap(&a[left], &a[midi]);
	int key = a[left];
 
	while (cur <= right)
	{
		if (a[cur] < key )
		{
			Swap(&a[cur++], &a[left++]);
		}
		else if (a[cur] > key)
		{
			Swap(&a[cur], &a[right--]);
		}
		else if (a[cur] == key)
		{
			cur++;
		}
	
	}
	
	
	QuickSort(a, begin, left - 1);
	QuickSort(a, right + 1, end);
}

 

 二.快排实现代码

1.hoare法

int ParkSort(int* a, int left, int right)
{
	int midi = GetMidIndex(a, left, right);//三数取中
	Swap(&a[left], &a[midi]);
	int keyi = left;
	while (left < right)
	{
 
		while (left < right && a[right] >= a[keyi])
		{
			--right;
		}
 
		while (left < right && a[left] <= a[keyi])
		{
			++left;
		}
		Swap(&a[right], &a[left]);
	}
 
	Swap(&a[keyi], &a[left]);
	return left;
}

2.挖坑法

//快速排序--- 挖坑法
int ParkSort2(int* a, int left, int right)
{
	int midi = GetMidIndex(a, left, right);
	Swap(&a[left], &a[midi]);
	int key = a[left];
	int hole = left;
	while (left < right)
	{
 
		while (left < right && a[right] >= a[key])
		{
			--right;
		}
		a[hole] = a[right];
		hole = right;
		while (left < right && a[left] <= a[key])
		{
			++left;
		}
		a[hole] = a[left];
		hole = left;
	}
 
	a[hole] = key;
	return hole;
}

3.指针法

int PartSort3(int* a, int left, int right)
{
	int midi = GetMidIndex(a, left, right);
	Swap(&a[left], &a[midi]);
 
 
	int keyi = left;
	int prev = left;
	int cur = left+1;
	while (cur <= right)
	{
		if (a[cur] < a[keyi] && ++prev != cur)
		{
			Swap(&a[cur], &a[prev]);
		}
		cur++;
	}
	Swap(&a[prev], &a[keyi]);
	keyi = prev;
	return keyi;
}

4.非递归法

void QuickSortNonR(int* a, int begin, int end)
{
	Stack st;
	StackInit(&st);
	StackPush(&st, end);
	StackPush(&st, begin);
	while (!StackEmpty(&st))
	{
		int left = StackTop(&st);
		StackPop(&st);
 
		int right = StackTop(&st);
		StackPop(&st);
 
		int keyi = PartSort3(a, left, right);
 
		if (keyi + 1 < right)
		{
			StackPush(&st, right);
			StackPush(&st, keyi+1);
		}
		if (keyi - 1 > left)
		{
			StackPush(&st, keyi - 1);
			StackPush(&st, left);
		}
	}
	StackDestroy(&st);
}