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  • java中三路快速排序的实现

          当我们要排序数组中存在大量的重复的数据。如果我们将分割后数组分成三部分,即arr[0,1,2~l]< v, arr[l+1,r]=v,arr[r+1...arr.length-1]>v.我们可以将等于v数组直接过滤调,这样当存在大量的重复数组的时候,性能能够大幅度提高。

         下面是三路快速排序的Java代码的实现:

    package com.newtouch.data.sort;
    
    import com.newtouch.data.test.SortTestHelper;
    
    public class QuickSortThreeWays {
    
        // 我们的算法类不允许产生任何实例
        private QuickSortThreeWays() {
    
        }
    
        private static void sort(Comparable[] arr, int l, int r) {
            if (l >= r)
                return;
            // 随机在arr[l...r]的范围中, 选择一个数值作为标定点pivot
            swap(arr, l, (int) (Math.random() * (r - l + 1)) + l);
    
            Comparable v = arr[l];
    
            int lt = l;     // arr[l+1...lt] < v
            int gt = r + 1; // arr[gt...r] > v
            int i = l + 1;    // arr[lt+1...i) == v
            while (i < gt) {
                if (arr[i].compareTo(v) < 0) {
                    swap(arr, i, lt + 1);
                    i++;
                    lt++;
                } else if (arr[i].compareTo(v) > 0) {
                    swap(arr, i, gt - 1);
                    gt--;
                } else { // arr[i] == v
                    i++;
                }
            }
    
            swap(arr, l, lt);
    
            sort(arr, l, lt - 1);
            sort(arr, gt, r);
        }
    
        public static void sort(Comparable[] arr) {
            int n = arr.length;
            sort(arr, 0, n - 1);
        }
    
    
        private static void swap(Object[] arr, int i, int j) {
            Object t = arr[i];
            arr[i] = arr[j];
            arr[j] = t;
        }
    
        // 测试 QuickSort3Ways
        public static void main(String[] args) {
    
            // 三路快速排序算法也是一个O(nlogn)复杂度的算法
            // 可以在1秒之内轻松处理100万数量级的数据
            int N = 1000000;
            Integer[] arr = SortTestHelper.generateRandomArray(N, 0, 100000);
            SortTestHelper.testSort("com.newtouch.data.sort.QuickSortThreeWays", arr);
    
            return;
        }
    
    }
    

      测试类SortTestHelper的实现:

    package com.newtouch.data.test;
    
    import java.lang.reflect.Method;
    import java.lang.Class;
    import java.util.Random;
    
    public class SortTestHelper {
    
        // SortTestHelper不允许产生任何实例
        private SortTestHelper() {
        }
    
        // 生成有n个元素的随机数组,每个元素的随机范围为[rangeL, rangeR]
        public static Integer[] generateRandomArray(int n, int rangeL, int rangeR) {
    
            assert rangeL <= rangeR;
    
            Integer[] arr = new Integer[n];
    
            for (int i = 0; i < n; i++)
                arr[i] = new Integer((int) (Math.random() * (rangeR - rangeL + 1) + rangeL));
            return arr;
        }
    
        // 生成一个近乎有序的数组
        // 首先生成一个含有[0...n-1]的完全有序数组, 之后随机交换swapTimes对数据
        // swapTimes定义了数组的无序程度:
        // swapTimes == 0 时, 数组完全有序
        // swapTimes 越大, 数组越趋向于无序
        public static Integer[] generateNearlyOrderedArray(int n, int swapTimes) {
    
            Integer[] arr = new Integer[n];
            for (int i = 0; i < n; i++)
                arr[i] = new Integer(i);
    
            for (int i = 0; i < swapTimes; i++) {
                int a = (int) (Math.random() * n);
                int b = (int) (Math.random() * n);
                int t = arr[a];
                arr[a] = arr[b];
                arr[b] = t;
            }
    
            return arr;
        }
    
        // 打印arr数组的所有内容
        public static void printArray(Object[] arr) {
    
            for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
                System.out.print(arr[i]);
                System.out.print(' ');
            }
            System.out.println();
    
            return;
        }
    
        // 判断arr数组是否有序
        public static boolean isSorted(Comparable[] arr) {
    
            for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++)
                if (arr[i].compareTo(arr[i + 1]) > 0)
                    return false;
            return true;
        }
    
        // 测试sortClassName所对应的排序算法排序arr数组所得到结果的正确性和算法运行时间
        public static void testSort(String sortClassName, Comparable[] arr) {
    
            // 通过Java的反射机制,通过排序的类名,运行排序函数
            try {
                // 通过sortClassName获得排序函数的Class对象
                Class sortClass = Class.forName(sortClassName);
                // 通过排序函数的Class对象获得排序方法
                Method sortMethod = sortClass.getMethod("sort", new Class[]{Comparable[].class});
                // 排序参数只有一个,是可比较数组arr
                Object[] params = new Object[]{arr};
    
                long startTime = System.currentTimeMillis();
                // 调用排序函数
                sortMethod.invoke(null, params);
                long endTime = System.currentTimeMillis();
    
                assert isSorted(arr);
    
                System.out.println(sortClass.getSimpleName() + " : " + (endTime - startTime) + "ms");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    

      

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