C/C++双路快速排序算法详解及代码实现

"C/C++实现双路快速排序算法原理及代码示例" 快速排序是一种高效的排序算法，由C.A.R. Hoare在1960年提出。它的基本思想是通过一趟排序将待排记录分隔成独立的两部分，其中一部分记录的关键字均比另一部分的关键字小，然后分别对这两部分记录继续进行排序，以达到整个序列有序的目的。而双路快速排序是针对含有大量重复元素的数组优化的快速排序版本。 在传统的快速排序中，选取一个基准值（pivot），将数组分为三部分：小于基准值的元素、等于基准值的元素和大于基准值的元素。然而，如果数组中有大量的重复元素，那么等于基准值的元素可能会集中在某一边，导致划分不均衡，效率降低。双路快速排序就是为了解决这个问题。 双路快速排序的核心在于，除了维护一个小于基准值的指针i和大于基准值的指针j外，还会维护两个指针，一个指向等于基准值的元素。在遍历过程中，小于基准值的元素放到i左边，大于基准值的元素放到j右边，同时等于基准值的元素会进行交换，使得它们均匀分布。这样可以保证划分更均衡，减少最坏情况的发生，提高平均性能。 以下是一个C++实现双路快速排序的简化代码片段： ```cpp void quickSort2(int arr[], int left, int right) { if (left >= right) return; int pivot = arr[left]; int i = left + 1, j = right; while (i <= j) { while (i <= j && arr[i] < pivot) i++; while (i <= j && arr[j] > pivot) j--; if (i < j) { swap(arr[i], arr[j]); i++; j--; } } swap(arr[left], arr[j]); // 将基准值放到正确的位置 quickSort2(arr, left, j - 1); // 递归处理左半部分 quickSort2(arr, j + 1, right); // 递归处理右半部分 } ``` 在这个代码中，`quickSort2`函数是双路快速排序的主要实现。首先选取数组第一个元素作为基准值，然后用两个指针i和j分别从左右两边开始扫描数组，找到合适的元素进行交换。当i和j相遇时，说明分区完成，然后对左右两个子区间进行递归调用`quickSort2`，完成整个数组的排序。 通过这种方式，双路快速排序在处理包含大量重复元素的数组时，能够避免传统快速排序的性能退化，保持较好的平均时间复杂度O(n log n)。同时，由于减少了不必要的元素交换，它在实际应用中往往表现出更高的效率。