图解Java经典算法快速排序的原理与实现

一、快速排序的概述

快速排序是一种经典的排序算法，它的时间复杂度为 O(nlogn)，在实际应用中被广泛使用。快速排序的思想是通过划分待排序的序列，将序列划分为两个子序列来递归地进行排序。

二、快速排序的实现原理

1. 确定基准元素：从待排序序列中选取一个元素作为基准元素。
2. 分割序列：将所有比基准元素小的元素移到基准元素的左边，将所有比基准元素大的元素移到基准元素的右边。
3. 递归排序：对左右两个子序列分别递归地进行快速排序。

三、快速排序的Java代码实现

public static void quickSort(int[] arr, int left, int right) {
    if (left < right) {
        int pivot = partition(arr, left, right);
        quickSort(arr, left, pivot - 1);
        quickSort(arr, pivot + 1, right);
    }
}

public static int partition(int[] arr, int left, int right) {
    int pivotKey = arr[left];
    while (left < right) {
        while (left < right && arr[right] >= pivotKey) {
            right--;
        }
        swap(arr, left, right);
        while (left < right && arr[left] <= pivotKey) {
            left++;
        }
        swap(arr, left, right);
    }
    return left;
}

public static void swap(int[] arr, int i, int j) {
    int temp = arr[i];
    arr[i] = arr[j];
    arr[j] = temp;
}

四、示例说明

示例1：

待排序序列：{5, 4, 3, 2, 1}

quickSort(arr, 0, arr.length - 1);

第一次划分：pivot = partition(arr, left, right) = 2

划分后：{2, 1, 3, 5, 4}

递归快排左子序列：quickSort(arr, left, pivot - 1) = quickSort(arr, 0, 1)

第二次划分：pivot = partition(arr, left, right) = 0

划分后：{1, 2, 3, 5, 4}

递归快排左子序列：

quickSort(arr, left, pivot - 1) = quickSort(arr, 0, -1)

左子序列已经不存在，返回

递归快排右子序列：

quickSort(arr, pivot + 1, right) = quickSort(arr, 1, 1)

右子序列只有一个元素，已经有序，返回

最终结果：{1, 2, 3, 4, 5}

示例2：

待排序序列：{2, 4, 1, 6, 8, 5, 3, 7}

quickSort(arr, 0, arr.length - 1);

第一次划分：pivot = partition(arr, left, right) = 3

划分后：{2, 1, 3, 4, 8, 5, 6, 7}

递归快排左子序列：quickSort(arr, left, pivot - 1) = quickSort(arr, 0, 2)

第二次划分：pivot = partition(arr, left, right) = 1

划分后：{1, 2, 3, 4, 8, 5, 6, 7}

递归快排左子序列：

quickSort(arr, left, pivot - 1) = quickSort(arr, 0, 0)

左子序列只有一个元素，已经有序，返回

递归快排右子序列：

quickSort(arr, pivot + 1, right) = quickSort(arr, 2, 2)

右子序列只有一个元素，已经有序，返回

递归快排右子序列：

quickSort(arr, pivot + 1, right) = quickSort(arr, 3, 2)

右子序列已经不存在，返回

最终结果：{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}

在以上示例中，可以看到快速排序的具体实现过程，通过递归将序列划分为多个子序列并排序，最终得到有序序列。