C/C++实现双路快速排序算法详解

"C/C++实现双路快速排序算法原理，解决重复数据导致的排序效率问题" 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。在实际应用中，快速排序通常表现出平均时间复杂度为O(n log n)的优秀性能。 然而，对于包含大量重复元素的数组，传统的快速排序可能会遇到问题。当数组中有大量相同的值时，传统的分区方法（例如Lomuto或Hoare分区）可能会导致某一区间的元素数量远大于另一区间，这使得每次划分只能减少少量元素的未排序状态，从而降低算法效率，最坏情况下退化为O(n^2)的时间复杂度。 双路快速排序正是为了解决这个问题而设计的。它在分区过程中不仅将小于枢轴值的元素放到枢轴的左边，还将大于枢轴值的元素放到右边，同时，它还特别处理等于枢轴值的元素，使得这些元素也能均匀地分布在两个子数组中。这种方法可以有效地防止大量重复元素导致的不平衡分区。 双路快速排序的步骤如下： 1. 选择一个枢轴值v，将其放置在数组的最左侧，初始下标为l。 2. 使用两个指针i和j，i从l+1开始向右遍历，j从右侧开始向左遍历。 3. 当i指向的元素小于v时，i向右移动；当j指向的元素大于v时，j向左移动。如果i指向的元素等于v，会等待j指针的元素来决定是否交换，反之亦然。 4. 当i和j相遇或交叉时，完成分区。此时，数组被分为三部分：左侧都是小于v的元素，v自身，以及右侧都是大于v的元素。等于v的元素可能分布在左右两侧。 5. 分别对左右两个子数组进行递归调用快速排序。 以下是双路快速排序的C/C++实现关键代码片段： ```cpp void quickSort2(int arr[], int left, int right) { if (left >= right) return; int l = left, r = right, pivot = arr[left]; while (l < r) { while (l < r && arr[r] >= pivot) r--; arr[l] = arr[r]; while (l < r && arr[l] <= pivot) l++; arr[r] = arr[l]; } arr[l] = pivot; quickSort2(arr, left, l - 1); quickSort2(arr, l + 1, right); } ``` 这个代码展示了如何在C/C++中实现双路快速排序算法。`quickSort2`函数接收一个数组、左边界和右边界作为参数，然后执行上述的双路分区过程。`while`循环中的两个内部循环分别处理i和j指针的移动，确保等于枢轴值的元素能够正确交换。在分区完成后，对左右子数组进行递归调用，直到所有子数组只剩下一个元素，从而完成排序。 双路快速排序通过优化传统快速排序的分区策略，有效地解决了大量重复元素导致的效率问题，提高了排序的稳定性，并保持了优秀的平均时间复杂度。在实际编程中，尤其是在处理包含大量重复数据的数组时，双路快速排序是一个值得考虑的选择。