Quick sort

使用快速排序法对一列数字进行排序的过程

快速排序是由东尼·霍尔所发展的一种排序算法。在平均状况下，排序n个项目要Ο(n log n)次比较。在最坏状况下则需要Ο(n2)次比较，但这种状况并不常见。事实上，快速排序通常明显比其他Ο(n log n)算法更快，因为它的内部循环（inner loop）可以在大部分的架构上很有效率地被实现出来。

算法描述

快速排序使用分治法（Divide and conquer）策略来把一个序列（list）分为两个子序列（sub-lists）。

步骤为：

1. 从数列中挑出一个元素，称为"基准"（pivot），
2. 重新排序数列，所有元素比基准值小的摆放在基准前面，所有元素比基准值大的摆在基准的后面（相同的数可以到任一边）。在这个#分区退出之后，该基准就处于数列的中间位置。这个称为分区（partition）操作。
3. 递归地（recursive）把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序。

递归的最底部情形，是数列的大小是零或一，也就是永远都已经被排序好了。虽然一直递归下去，但是这个算法总会退出，因为在每次的迭代（iteration）中，它至少会把一个元素摆到它最后的位置去。

示例代码

C++(迭代版本）

//参考：http://www.dutor.net/index.php/2011/04/recursive-iterative-quick-sort/
struct Range{
	explicit Range(int s=0,int e=0):start(s),end(e){}
	int start,end;
};
void quicksort(int n,int arr[]){
	if(n<=0) return;
	stack<Range> st;
	st.push(Range(0,n-1));
	while(!st.empty()){
		Range range = st.top();
		st.pop();
		int pivot = arr[range.end];
		int pos = range.start-1;
		for(int i=range.start;i<range.end;++i){
			if(arr[i]<pivot){
				std::swap(arr[i],arr[++pos]);
			}
		}
		std::swap(arr[++pos],arr[range.end]);
		if(pos-1>range.start){
			st.push(Range(range.start,pos-1));
		}
		if(pos+1<range.end){
			st.push(Range(pos+1,range.end));
		}
	}
}

C

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
 
void swap(int * a, int * b) {
  int tmp = * a;
  * a = * b;
  * b = tmp;
}
 
size_t partition(int * ary, size_t len, size_t pivot_i) {
  size_t i = 0;
  size_t small_len = pivot_i;
  int pivot = ary[pivot_i];
  swap(&ary[pivot_i], &ary[pivot_i + (len - 1)]);
  for (; i < len; i++) {
    if (ary[pivot_i + i] < pivot) {
      swap(&ary[pivot_i + i], &ary[small_len]);
      small_len++;
    }
  }
  swap(&ary[pivot_i + (len - 1)], &ary[small_len]);
  return small_len;
}
 
void quick_sort(int * ary, size_t len) {
  if (len == 0 || len == 1) return;
  size_t small_len = partition(ary, len, 0);
  quick_sort(ary, small_len);
  quick_sort(&ary[small_len + 1], len - small_len - 1);
}
 
int main(void) {
  int ary[] = {2,4,2,5,3,5,3,1,7,6};
  size_t len = sizeof(ary) / sizeof(ary[0]);
  quick_sort(ary, len);
  return 0;
}

C89标准在stdlib.h中定义了抽象数据类型的快速排序函数qsort(3)。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
static int cmp(const void *a, const void *b)
{
    return *(int *)a - *(int *)b;
}
int main()
{
    int arr[10]={5, 3, 7, 4, 1, 9, 8, 6, 2,10};
 
    qsort(arr, 10, sizeof(int), cmp);
 
    return 0;
}

1. include <functional>
2. include <algorithm>
3. include <iterator>

template< typename BidirectionalIterator, typename Compare > void quick_sort( BidirectionalIterator first, BidirectionalIterator last, Compare cmp ) {

 if( first != last ) {
   BidirectionalIterator left = first;
   BidirectionalIterator right = last;
   BidirectionalIterator pivot = left++;

   while( left != right ) {
     if( cmp( *left, *pivot ) ) {
        ++left;
     } else {
        while( (left != right) && cmp( *pivot, *right ) )
          right--;
        std::iter_swap( left, right );
     }
   }

   if (cmp( *pivot, *left ))
        --left;
   std::iter_swap( first, left );

   quick_sort( first, left, cmp );
   quick_sort( right, last, cmp );
 }

}

template< typename BidirectionalIterator > inline void quick_sort( BidirectionalIterator first, BidirectionalIterator last ) {

 quick_sort( first, last,
   std::less_equal< typename std::iterator_traits< BidirectionalIterator >::value_type >()
 );

}