图文详解JAVA实现快速排序

前言

快速排序（Quicksort）是一种常用的排序算法，通过将原数列分为两部分来实现排序。它的时间复杂度为O(nlogn)，效率比较高，被广泛应用。

准备工作

在开始之前，我们需要准备一个Java IDE，本文使用的是Eclipse。另外，需要具备Java基础语法的基础知识，如基本数据类型、数组和循环等。

算法流程

快速排序的基本思路是分治法。将一个未排序的数组从中间分割成两个子数组，然后递归地对子数组进行排序。

整个算法可以归纳为以下几个步骤：
1. 选定一个基准元素（pivot）；
2. 将数组中比基准元素小的部分移动到左边，比基准元素大的部分移动到右边；
3. 递归地对左右两部分排序，直到各部分只剩下一个元素。

代码实现

下面是快速排序的Java实现代码：

public static void quickSort(int[] arr, int left, int right) {
    if (left < right) {
        int i = left, j = right, pivot = arr[left];
        while (i < j) {
            while (i < j && arr[j] >= pivot) {
                j--;
            }
            if (i < j) {
                arr[i++] = arr[j];
            }
            while (i < j && arr[i] <= pivot) {
                i++;
            }
            if (i < j) {
                arr[j--] = arr[i];
            }
        }
        arr[i] = pivot;
        quickSort(arr, left, i - 1);
        quickSort(arr, i + 1, right);
    }
}

以上代码中，quickSort方法用于递归地对子数组进行排序。左指针和右指针分别指向子数组的开头和结尾，pivot则是选定的基准元素。之后，通过交换比基准元素小的元素和比基准元素大的元素的位置，将整个数组分割成左右两部分，然后递归地对每一部分排序。

示例说明

下面我们举两个例子来说明快速排序算法的具体过程：

示例1

输入：arr = {3,9,2,8,5,6,1,7}
输出：arr = {1,2,3,5,6,7,8,9}

首先，选定pivot = 3，左指针i指向数组开头，右指针j指向数组结尾。

开始交换：
1. 右指针j在位置7处的元素 7<3，停止移动；
2. 左指针i在位置0处的元素 3<8，继续向右移动；
3. 左指针i在位置1处的元素 9>3，停止移动；
4. 交换7和3的位置；
5. 右指针j在位置6处的元素 1<3，继续向右移动；
6. 左指针i在位置2处的元素 2<3，继续向右移动；
7. 左指针i在位置3处的元素 8>3，停止移动；
8. 交换1和8的位置。

最终得到的数组为{1,2,3,8,5,6,7,9}。此时递归地对左半部分和右半部分分别进行快速排序，再将左右部分的结果合并即可。

示例2

输入：arr = {5,1,1,2,0,0}
输出：arr = {0,0,1,1,2,5}

选定pivot = 5，左指针i指向数组开头，右指针j指向数组结尾。

开始交换：
1. 右指针j在位置5处的元素 0<5，继续向右移动；
2. 左指针i在位置0处的元素 5>1，停止移动；
3. 交换0和5的位置；
4. 右指针j在位置4处的元素 2<5，继续向右移动；
5. 左指针i在位置1处的元素 1<5，继续向右移动；
6. 左指针i在位置2处的元素 1<5，继续向右移动；
7. 左指针i在位置3处的元素 2<5，继续向右移动；
8. 左指针i和右指针j相遇，停止交换，此时数组中比pivot小的元素均在左半部分，比pivot大的元素均在右半部分。

最终得到的数组为{0,0,1,1,2,5}。此时递归地对左半部分和右半部分分别进行快速排序，再将左右部分的结果合并即可。

总结

至此，我们已经完成了快速排序算法的图文详解。通过此文，我们加深了对快速排序的理解，同时也学到了对快速排序的实现方法。