快速排序的c++实现 和 python 实现

最近在学python，其中有个要求实现快速排序的练习，就顺便复习了c++的快速排序实现。

快速排序的基本思想是，通过一轮的排序将序列分割成独立的两部分，其中一部分序列的关键字（这里主要用值来表示）均比另一部分关键字小。继续对长度较短的序列进行同样的分割，最后到达整体有序。在排序过程中，由于已经分开的两部分的元素不需要进行比较，故减少了比较次数，降低了排序时间。

　　详细描述：首先在要排序的序列 a 中选取一个中轴值，而后将序列分成两个部分，其中左边的部分 b 中的元素均小于或者等于 中轴值，右边的部分 c 的元素 均大于或者等于中轴值，而后通过递归调用快速排序的过程分别对两个部分进行排序，最后将两部分产生的结果合并即可得到最后的排序序列。

　　“基准值”的选择有很多种方法。最简单的是使用第一个记录的关键字值。但是如果输入的数组是正序或者逆序的，就会将所有的记录分到“基准值”的一边。较好的方法是随机选取“基准值”，这样可以减少原始输入对排序造成的影响。但是随机选取“基准值”的开销大。

　　为了实现一次划分，我们可以从数组（假定数据是存在数组中）的两端移动下标，必要时交换记录，直到数组两端的下标相遇为止。为此，我们附设两个指针（下角标）i 和 j， 通过 j 从当前序列的有段向左扫描，越过不小于基准值的记录。当遇到小于基准值的记录时，扫描停止。通过 i 从当前序列的左端向右扫描，越过小于基准值的记录。当遇到不小于基准值的记录时，扫描停止。交换两个方向扫描停止的记录 a[j] 与 a[i]。 然后，继续扫描，直至 i 与 j 相遇为止。扫描和交换的过程结束。这是 i 左边的记录的关键字值都小于基准值，右边的记录的关键字值都不小于基准值。

下面是实现代码和测试代码，使用了c++的模板函数，只有有实现operator <的类都可以排序：

实现一：

//快速排序练习c++实现
//author:sixbeauty

#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>

template<typename T>
void swapData(std::vector<T> &p,int i,int j)	//交换向量中两个位置的值
{
	T data=p[i];	
	p[i]=p[j];
	p[j]=data;
}

template<typename T>
void quickSort(std::vector<T> &p,int left,int right)	//快速排序实现函数
{
	if(left>=right)	return ;	//若右标志为小于或等于左标志位，则不作任何事

	int	center=(left+right)/2;	//取中间数为key值
	int	i=left,j=right;			//左、右游标定义

	while(1)
	{
		while(p[i]<p[center])
			i++;				//左游标移到第一个小于key值的位置
		while(p[j]>p[center])	//右游标的移动
			j--;

		if(i==j)	break;		//i==j时，左、右游标i，j同时移动到key值的位置，排序完成

		else if(i==center)
		{
			center=j;			//若左游标移动到key的位置而右游标未移动，交换i、j的值后，center也要改变
		}

		else if(j==center)
		{
			center=i;
		}

		swapData(p,i,j);		
	}

	quickSort(p,left,center-1);
	quickSort(p,center+1,right);
}

int main()
{
	//测试代码
	/*int p1[8]={1,4,5,7,11,2,18,9};
	std::vector<int> vetInt;
	for(int i=0;i<8;i++)
		vetInt.push_back(p1[i]);

	quickSort<int>(vetInt,0,7);

	for(std::vector<int>::iterator itr=vetInt.begin();itr!=vetInt.end();itr++)
		std::cout<<*itr<<",";
	std::cout<<std::endl;*/


	//测试代码
	std::string p1[8]={"ba","a","abd","defef","c","ca","daaa","aaa"};
	std::vector<std::string> vetStr;
	for(int i=0;i<8;i++)
		vetStr.push_back(p1[i]);

	quickSort<std::string>(vetStr,0,7);

	for(std::vector<std::string>::iterator itr=vetStr.begin();itr!=vetStr.end();itr++)
		std::cout<<*itr<<",";
	std::cout<<std::endl;
}

　　

实现二：

　　上面的实现是我按照以前教材上的逻辑做出来的，由于这个实现用了swap，多次的数值交换降低了效率，存在提升的空间，后来在网上看到一个更高效的版本，它选取数组第一位为key值。

举例说明一下吧，这个可能不是太好理解。假设要排序的序列为

2 2 4 9 3 6 7 1 5 首先用2当作基准，使用i j两个指针分别从两边进行扫描，把比2小的元素和比2大的元素分开。首先比较2和5，5比2大，j左移

2 2 4 9 3 6 7 1 5 比较2和1，1小于2，所以把1放在2的位置

2 1 4 9 3 6 7 1 5 比较2和4，4大于2，因此将4移动到后面

2 1 4 9 3 6 7 4 5 比较2和7，2和6，2和3，2和9，全部大于2，满足条件，因此不变

经过第一轮的快速排序，元素变为下面的样子

[1] 2 [4 9 3 6 7 5]

实现代码如下：

template<typename T>
void quickSort(std::vector<T> &p,int left,int right)	//快速排序实现函数
{
	if(left>=right)	return ;	//若右标志为小于或等于左标志位，则不作任何事

	T keyData=p[left];			//选取第一位为key值
	int	i=left,j=right;			//左、右游标定义

	while(i<j)
	{
		while(i<j && p[j]>keyData)	//第一次进入循环，i=left，所以p[i]的值等于keyData，后面我们要保证p[i]=keyData
			j--;				//右游标移动到第一个小于key值的位置,i<j保证不出界，防止下面的赋值出错

		p[i]=p[j];				//这时p[j]的值等于keyData,但我们不马上赋值

		while(i<j && p[i]<keyData)
			i++;				

		p[j]=p[i];				//经过这一轮后，p[i]的值又重新等于keyData
	}	//跳出循环后，在i以前的值都小于keyData,在i以后的值都大于keyData,这时只要把keyData赋值给p[i]即可
	p[i]=keyData;
　　　　 
  
        if(left<i)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//这里必须加这个，不然在left是最小值的情况是死循环
	　　quickSort(p,left,i-1);
	quickSort(p,i+1,right);
}

　　测试代码用上面的即可；

实现三（python实现）：

python没有类模板，而且里面的所谓函数重载根本不能算重载嘛，整就一个c++里面的缺省参数（就多了个利用参数关键字赋值），不过python实现起来真的快很多，就忍了。

下面是实现代码：

#FileName: quckSort.py
#author: sixbeauty

def quickSort(p,left,right):
    if(left>=right):
        return
    keyData=p[left]
    i=left
    j=right

    while i<j:
        while (i<j and p[j]>keyData):
            j-=1

        p[i]=p[j]

        while (i<j and p[i]<keyData):
            i+=1

        p[j]=p[i]

    p[i]=keyData

    if(i>left):
        quickSort(p,left,i-1)
    quickSort(p,i+1,right)

p=[8,4,5,7,11,2,9,19]
quickSort(p,0,7)
print(p)

　　下次讨论python实现的压缩备份程序，python的实现比c++快多了，就算封装成类还是要方便多=_=