快速排序之PHP实现

前言

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(nlogn) 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(nlogn) 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。

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

快速排序又是一种分而治之思想在排序算法上的典型应用。本质上来看,快速排序应该算是在冒泡排序基础上的递归分治法。

快速排序的名字起的是简单粗暴,因为一听到这个名字你就知道它存在的意义,就是快,而且效率高!它是处理大数据最快的排序算法之一了。虽然 Worst Case 的时间复杂度达到了 O(n²),但是人家就是优秀,在大多数情况下都比平均时间复杂度为 O(n logn) 的排序算法表现要更好,可是这是为什么呢,我也不知道。好在我的强迫症又犯了,查了 N 多资料终于在《算法艺术与信息学竞赛》上找到了满意的答案:

快速排序的最坏运行情况是 O(n²),比如说顺序数列的快排。但它的平摊期望时间是 O(nlogn),且 O(nlogn) 记号中隐含的常数因子很小,比复杂度稳定等于 O(nlogn) 的归并排序要小很多。所以,对绝大多数顺序性较弱的随机数列而言,快速排序总是优于归并排序。

算法步骤

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。

基本思想:(分治)

  • 先从数列中取出一个数作为key值;

  • 将比这个数小的数全部放在它的左边,大于或等于它的数全部放在它的右边;

  • 对左右两个小数列重复第二步,直至各区间只有1个数。

辅助理解:挖坑填数

初始时 i = 0; j = 9; key=72

1、由于已经将a[0]中的数保存到key中,可以理解成在数组a[0]上挖了个坑,可以将其它数据填充到这来。

2、从j开始向前找一个比key小的数。当j=8,符合条件,a[0] = a[8] ; i++ ; 将a[8]挖出再填到上一个坑a[0]中。

3、这样一个坑a[0]就被搞定了,但又形成了一个新坑a[8],这怎么办了?简单,再找数字来填a[8]这个坑。

4、这次从i开始向后找一个大于key的数,当i=3,符合条件,a[8] = a[3] ; j– ; 将a[3]挖出再填到上一个坑中。

1、此时 i = 3; j = 7; key=72

2、再重复上面的步骤,先从后向前找,再从前向后找。

3、从j开始向前找,当j=5,符合条件,将a[5]挖出填到上一个坑中,a[3] = a[5]; i++;

4、从i开始向后找,当i=5时,由于i==j退出。

5、此时,i = j = 5,而a[5]刚好又是上次挖的坑,因此将key填入a[5]。

可以看出a[5]前面的数字都小于它,a[5]后面的数字都大于它。因此再对a[0…4]和a[6…9]这二个子区间重复上述步骤就可以了。

动图演示

PHP代码实现

function QuickSort($arr){
    $num = count($arr);
    $l = $r = 0;
    $left = $right = array();
    // 从索引的第二个开始遍历数组
    for ($i = 1;$i < $num; $i++) {
        // 如果值小于索引1
        if ($arr[$i] < $arr[0]) {
            // 装入左索引数组(小于索引1的数据)
            $left[] = $arr[$i];
            $l++;
        } else {
            // 否则装入右索引中(大于索引1的数据)
            $right[] = $arr[$i];
            $r++; //
        }       
    }
    // 如果左索引有值 则对左索引排序
    if($l > 1) {
        $left = QuickSort($left);
    }
    // 排序后的数组
    $new_arr = $left;
    // 将当前数组第一个放到最后
    $new_arr[] = $arr[0];
    // 如果又索引有值 则对右索引排序
    if ($r > 1) {
        $right = QuickSort($right);
    }
    // 根据右索引的长度再次增加数据
    for($i = 0;$i < $r; $i++) {
        $new_arr[] = $right[$i];
    }
    return $new_arr;
}
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