C/C++实现双路快速排序算法原理

作为网站的作者，我很愿意为大家详细介绍C/C++实现双路快速排序算法原理。下面是详细的攻略，分为以下几个部分：

1. 什么是双路快排算法

双路快排（Dual-Pivot Quick Sort）算法是一种高效的排序算法。该算法是快速排序（Quick Sort）的一种改进。

双路快排算法的基本思想是：选取两个基准值（pivot）来进行排序，将数组划分为三部分：小于等于第一个基准值的部分，介于两基准值之间的部分，大于等于第二个基准值的部分。在递归过程中，只需要对介于两基准值之间的部分进行排序，直到该部分长度小于等于设定的阈值即可，之后采用插入排序完成剩余未排序的数据。

2. 双路快排算法的实现原理详解

双路快排主要分为两个步骤：

2.1. 划分数组

在双路快排中，我们需要选取两个基准值来进行排序，将数组划分为三部分：小于等于第一个基准值的部分，介于两基准值之间的部分，大于等于第二个基准值的部分。

实现代码示例：

template<typename T>
int __partition(T arr[], int l, int r)  
{
    // 随机选取两个基准值
    int randomIndex1 = rand() % (r-l+1) + l;
    int randomIndex2 = rand() % (r-l+1) + l;

    // 保证两个随机选择的基准值不相等
    if(randomIndex1 == randomIndex2)
    {
        randomIndex2 = randomIndex2 == r ? randomIndex2 - 1 : randomIndex2 + 1;
    }

    swap(arr[l], arr[randomIndex1]);
    swap(arr[r], arr[randomIndex2]);

    // 初始化两个pivot
    T pivot1 = arr[l], pivot2 = arr[r];

    // 定义i和j
    int i = l + 1, j = r - 1;

    for(int k = i; k <= j;)
    {
        if(arr[k] == pivot1)
        {
            k++;
        }
        else if(arr[k] < pivot1)
        {
            swap(arr[i++], arr[k++]);
        }
        else if(arr[k] > pivot2)
        {
            swap(arr[j--], arr[k]);
        }
        else  
        {
            k++;
        }
    }

    swap(arr[l], arr[--i]);
    swap(arr[r], arr[++j]);

    return i, j;
}

2.2. 排序部分子数组

在递归过程中，只需要对介于两基准值之间的部分进行排序，直到该部分长度小于等于设定的阈值即可，之后采用插入排序完成剩余未排序的数据。具体实现代码如下：

template<typename T>
void __dualPivotQuickSort(T arr[], int l, int r)
{
    if(r-l < 16)  // 在区间长度小于16时，使用插入排序完成排序任务
    {
        insertionSort(arr, l, r);
        return;
    }

    int p, q;
    // 划分，获得两个基准值的下标
    p, q = __partition(arr, l, r);
    // 递归排序中间部分
    __dualPivotQuickSort(arr, l, p-1);
    __dualPivotQuickSort(arr, p+1, q-1);
    __dualPivotQuickSort(arr, q+1, r);
}

3. 双路快排算法示例

为了更好的理解双路快排算法，这里给出一个简单的示例。

3.1 示例1

排序前数组为：

5, 8, 6, 3, 9, 2, 1, 7, 10, 4

经过双路快排算法排序后的数组为：

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10

3.2 示例2

排序前数组为：

8, 15, 20, 7, 6, 18, 19, 9, 5, 10

经过双路快排算法排序后的数组为：

5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 18, 19, 20

以上就是双路快排算法的原理详解及示例。相信通过本文的介绍，大家对双路快排算法已经有了一个更加深入的理解。