JavaScript 数据结构与算法之美 - 归并排序、快速排序、希尔排序、堆排序 (2)

方法二:

// 快速排序 const quickSort = (arr, left, right) => { let len = arr.length, partitionIndex; left = typeof left != 'number' ? 0 : left; right = typeof right != 'number' ? len - 1 : right; if (left < right) { partitionIndex = partition(arr, left, right); quickSort(arr, left, partitionIndex - 1); quickSort(arr, partitionIndex + 1, right); } return arr; }; const partition = (arr, left, right) => { //分区操作 let pivot = left, //设定基准值(pivot) index = pivot + 1; for (let i = index; i <= right; i++) { if (arr[i] < arr[pivot]) { swap(arr, i, index); index++; } } swap(arr, pivot, index - 1); return index - 1; }; const swap = (arr, i, j) => { let temp = arr[i]; arr[i] = arr[j]; arr[j] = temp; };

测试

// 测试 const array = [5, 4, 3, 2, 1]; console.log('原始array:', array); const newArr = quickSort(array); console.log('newArr:', newArr); // 原始 array:  [5, 4, 3, 2, 1] // newArr:   [1, 4, 3, 2, 5]

分析

第一,快速排序是原地排序算法吗 ?
因为 partition() 函数进行分区时,不需要很多额外的内存空间,所以快排是原地排序算法。

第二,快速排序是稳定的排序算法吗 ?
和选择排序相似,快速排序每次交换的元素都有可能不是相邻的,因此它有可能打破原来值为相同的元素之间的顺序。因此,快速排序并不稳定。

第三,快速排序的时间复杂度是多少 ?
极端的例子:如果数组中的数据原来已经是有序的了,比如 1,3,5,6,8。如果我们每次选择最后一个元素作为 pivot,那每次分区得到的两个区间都是不均等的。我们需要进行大约 n 次分区操作,才能完成快排的整个过程。每次分区我们平均要扫描大约 n / 2 个元素,这种情况下,快排的时间复杂度就从 O(nlogn) 退化成了 O(n2)。
最佳情况:T(n) = O(nlogn)。
最差情况:T(n) = O(n2)。
平均情况:T(n) = O(nlogn)。

动画

解答开篇问题

快排和归并用的都是分治思想,递推公式和递归代码也非常相似,那它们的区别在哪里呢 ?

快速排序与归并排序

可以发现:

归并排序的处理过程是由下而上的,先处理子问题,然后再合并。

而快排正好相反,它的处理过程是由上而下的,先分区,然后再处理子问题。

归并排序虽然是稳定的、时间复杂度为 O(nlogn) 的排序算法,但是它是非原地排序算法。

归并之所以是非原地排序算法,主要原因是合并函数无法在原地执行。

快速排序通过设计巧妙的原地分区函数,可以实现原地排序,解决了归并排序占用太多内存的问题。

4. 希尔排序(Shell Sort)

思想

先将整个待排序的记录序列分割成为若干子序列。

分别进行直接插入排序。

待整个序列中的记录基本有序时,再对全体记录进行依次直接插入排序。

过程

举个易于理解的例子:[35, 33, 42, 10, 14, 19, 27, 44],我们采取间隔 4。创建一个位于 4 个位置间隔的所有值的虚拟子列表。下面这些值是 { 35, 14 },{ 33, 19 },{ 42, 27 } 和 { 10, 44 }。

栗子

我们比较每个子列表中的值,并在原始数组中交换它们(如果需要)。完成此步骤后,新数组应如下所示。

栗子

然后,我们采用 2 的间隔,这个间隙产生两个子列表:{ 14, 27, 35, 42 }, { 19, 10, 33, 44 }。

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