C語言實現快速排序算法

快速排序C語言實現與分析

快速排序是C.A.R.Hoare於1962年發明的。

算法的基本思想是：遞歸。
對於一個給定的數組，從中任意選取一個元素，以這個元素爲界，
將其餘元素劃分爲兩個子集，一個子集要求全部小於這個元素，另一個子集要求全部
大於或等於這個元素。對這兩個子集遞歸執行這個過程，當某個子集中的元素個數
小於2時，終止遞歸。

1.算法分析

遞歸思想在C語言程序設計中，比較獨特，並不推薦使用，但其能產生十分緊湊的代碼
。各個大廠，百度，阿里，騰訊等均鍾情於快速排序，可見這個算法的不平庸之處。
在數組排序時，任意選取一個元素，一般選取第一個元素。將數組分成兩個子集，
以這個元素爲界，左邊的子集小於這個元素，右邊的子集大於這個元素。如何實現
這個設想呢？很簡單了，只需要把每一個元素都與這個元素比較一下，小於這個元
素的“依次”排在左邊，大於等於的元素自然就拍到了右邊。然後左邊的子集調用
一次該函數，右邊的子集調用一下該函數。

2.函數實現

在排序過程中，需要頻繁比較和調換數組內兩個元素的位置，
我們這裏設計一個交換兩個元素的函數，十分簡單。
調用該函數能夠交換arry數組中，位置i和位置j的兩個元素。
i和j是數組內任意的下標。

void swap(uint16_t *arry, uint8_t i, uint8_t j)
{
    uint16_t temp; 
    temp = *(arry + i);
    *(arry + i) = *(arry + j);
    *(arry + j) = temp;
}

排序過程，如下代碼：

int sortq(uint16_t *arry, int left, int right)
{
    uint16_t temp;
    int i;
    if (left >= right) {
        return -1;
    }
    
    temp = left;
    
    for (i = left + 1; i <= right; i++) {
        if (arry[i] < arry[left]) {
            swap(arry, ++temp, i);
        }
    }

    swap(arry, left, temp); 
    sortq(arry, left, temp-1);
    sortq(arry, temp+1, right);
}

主函數中，直接調用該函數，實現如下：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stddef.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
    uint16_t data[10] = {23,1,4,7,8,23,9,0,2,2};
    int data_len = 10;
    
    sortq(data, 0, 9);
   
    printf("data is:"); 
    while (data_len-- > 0) {
        printf("%x\t",data[data_len]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

3.總結分析

快速排序函數選取數組第一個元素作爲排序分界元素，
然後用第二個元素到最後一個元素，依次與分界元素比較
如果找到任意一個小於分界元素的對象，則將這個對象從第二個
位置開始交換，每找到一個對象，就交換一下，於是有了++temp
操作。temp是小於分界元素的最後一個對象。而不是第一個大於
等於分界元素的對象。這一點跟滿空棧概念一致。經過一輪交換
後，遞歸調用左右子集的交換，直到小於2個元素的子集出現，
則終止該子集。
該算法選取分界元素時，當選取到最小或者最大的元素時，會
花費最常的時間，等於其他算法。所以存在不確定性。
其效率是：O(N*logN) 在所有相同效率模型的算法中，其效率
最高。