Leetcode|快排|912. 排序数组

这篇博客探讨了在快速排序算法中如何通过随机选取pivot来避免最坏情况的发生。作者指出,随机取pivot可以有效减少完全有序数据导致的效率低下问题,因为在实际数据中有序情况比完全无序更常见。文章详细展示了使用C++实现的快速排序代码,并解释了其工作原理。

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1 快速排序(随机pivot)

为什么随机取pivot能避免最坏的情况呢?
假设数据是完全随机的话,固定取最后一个数作为pivot,和随机取pivot,达成pivot本身有序的概率是相等的。但实际情况并非如此,实际的数据里有序的情况是多于完全无序的情况的,所以随机取pivot能减少最坏情况出现的概率

class Solution {
public:
    void quickSort(vector<int>& nums, int left, int right) {
        if (left >= right) return;
        int i = left, j = right;
        // rand()产生从0-INT_MAX中任意整数,使用rand() % num可得[0, num]之间任意整数
        int pivot = rand() % (right - left + 1) + left;
        // 先找pivot,然后交换left和pivot的值,其他按照left执行即可
        swap(nums[left], nums[pivot]);
        int pos = nums[left];
        while (i < j) {
            while (nums[j] >= pos && i < j) j--;
            while (nums[i] <= pos && i < j) i++;
            if (i < j) swap(nums[i], nums[j]);  // 需要保证i < j
        }
        swap(nums[left], nums[i]);
        quickSort(nums, left, i - 1);
        quickSort(nums, i + 1, right);
    }

    vector<int> sortArray(vector<int>& nums) {
        quickSort(nums, 0, nums.size() - 1);
        return nums;
    }
};

在这里插入图片描述

LeetCode 912 排序数组是一道常规的排序题目,但在解决过程中存在一些值得分析和总结的点。 ### 题目分析 从题目的本质来看,它要求对给定的数组进行排序。这是一个基础的排序问题,但不同的排序算法在该题中的表现差异较大。 ### 算法尝试与问题 - **快速排序问题**:如果使用常规的快速排序模板(如引用[3]中的代码),会出现超时的情况。这是因为该题对快速排序做了针对性处理,普通快排可能会遇到特殊情况,例如它会检测三数取中策略,然后给出对应的数字序列,使得每次选取的枢轴都是数组中倒数第二大的数,导致时间复杂度增大。 ```cpp class Solution { public: void Quicksort(vector<int>& nums, int low, int high){ if(low < high){ //partition划分操作,将原表划分成2表 int pivot = Partition(nums, low, high); Quicksort(nums, low, pivot - 1); Quicksort(nums, pivot + 1, high); } } int Partition(vector<int>& nums, int low, int high){ //当前表第一个元素被设置为枢轴,对表进行划分 int pivot = nums[low]; while(low < high){ while(low < high && nums[high] >= pivot) --high; //将比枢轴小的元素移动到左边 nums[low] = nums[high]; while(low < high && nums[low] <= pivot) ++low; //将比枢轴大的元素移动到右边 nums[high] = nums[low]; } //枢轴元素放到最终的位置 nums[low] = pivot; //返回存放枢轴的最终位置 return low; } vector<int> sortArray(vector<int>& nums) { int low = 0, high = nums.size() - 1; Quicksort(nums, low, high); return nums; } }; ``` - **优化的快速排序**:可以通过随机选择主元的方式进行优化。随机选择一个元素作为主元(pivot),然后进行分区操作,将数组分为两部分,左边是小于等于主元的元素,右边是大于主元的元素,主元最后位于数组中间位置,再对左右两边数组递归进行快速排序[^5]。 - **归并排序**:归并排序算法可以有效地解决该问题。其核心思想是通过不断将数组分割为两半,直到子数组长度为 1,然后将已排序的子数组合并。具体实现包括创建辅助数组,递归分割数组和合并子数组等步骤[^4]。 ### 总结 在解决 LeetCode 912 排序数组问题时,不能单纯依赖常规的排序算法模板。对于快速排序,需要考虑特殊情况对算法性能的影响,并通过随机选择主元等方法进行优化。而归并排序由于其稳定的时间复杂度,是解决该问题的一个有效选择。
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