对所有数据类型可通用的快速排序算法

1.引子

快速排序算法可能是最优秀的排序算法了，此算法是1960年C.A.Hoare发明出来的，它被列为20世纪十大算法之一。快速排序也属于广义上的冒泡排序，这是简单冒泡排序法的优化升级。两者都是通过比较大小、交换元素来排序的，不过它增大了元素的比较和移动的跨度。这使得快速排序避免了一些额外的计算，进而实现更高的排序效率。

2.基本思路

从数组中取出一个元素作为基准值， 将较大的记录直接移动到基准值的后面，较小的元素移动到基准值的前面， 通过一趟排序将待排序的数组分割成了独立的两部分，再然后递归地对这两个组分别做排序。
组划分操作会事先选取一个随机元素作为基准值，并将交换是最前边。然后再比较其他元素，把小于基准值的元素向前交换到last索引位置，大于基准值的元素向后交换到i索引位置。从for循环开始的地方，从1至last的元素小于基准值，从last+1至i-1的元素大于等于基准值，而i至n-1的元素还未检查。接下来会递归检查i至n-1的元素，在所有元素划分完毕后，就交换索引0和last的元素，把基准值放回了原来的位置，这样就完成了所有元素的排序工作

• 基准元素交换开始时
  
• 检查交换元素过程中
  
• 检查交换元素最后一步
  

3.实现代码

1)比较器接口

//泛型比较器接口，确定两元素的前后关系
public interface Cmp<T>
{
    /*
     * 如果x应该排在前，返回值为1; 
     * 如果x,y两者相等，返回值为0;
     * 如果y应该排在前，返回值为-1.
     */
    int copmare(T obj1, T obj2);
}

2)数组元素的比较器实现类

//实现比较器接口
final class IntegerCmp implements Cmp<Integer>
{
    @Override
    public int copmare(Integer x, Integer y)
    { 
        return x.compareTo(y);
    }
}

3) 快速排序工具类

import java.util.Random;

public final class SortDemo<T>
{
    
    private static Random rd = new Random();
    
    //array为待排序的数组名，left/right为需要排序的索引范围，cmp为数组元素的比较器对象
    public static <T> void sort(T[] array, int left, int right, Cmp<T> cmp)
    {
        //left等于right时表明完成了所有的排序，不需要再递归排序了，方法结束
        if (left >= right)
            return;
      
        int rdIndex=rand(left,right);
        //将数组最左边的元素与一随机索引rdIndex对应的元素互换，设置基准值
        swap(array,left, rdIndex);
        
        int last = left;
        //分隔成两部分
        for (int i = left + 1; i <= right; i++)
        {
            if (cmp.copmare(array[i], array[left]) < 0)
            {
                swap(array, ++last, i);
            }
        }
        //恢复原来的基准值
        swap(array, left, last);
        //对左侧部分递归排序
        sort(array, left, last - 1, cmp);
        //对右侧部分递归排序
        sort(array, last + 1, right, cmp);
        
    }
    
    public static <T> void sort(T[] array, Cmp<T> cmp)
    {
        sort(array, 0, array.length - 1, cmp);
    }
    
    //产生一个在left至right之间的一个随机数（不包括边界left、right）
    private static int rand(int left, int right)
    {
         return left + Math.abs(rd.nextInt() % (right - left + 1));
        
    }
    //互换索引位置i 、j的元素
    private static <T> void swap(T[] array, int i, int j)
    {
        T temp = array[j];
        array[j] = array[i];
        array[i] = temp;
    }
}

4.测试结果

• 测试代码

 public static void main(String[] args)
    {
        Integer[] nums = new Integer[10000000];
        Cmp<Integer> cmp = new IntegerCmp();
        for (int endIndex = nums.length - 1, i = endIndex; i >= 0; i--)
        {
            nums[i] = endIndex - i;
        }
        
        Integer[] partNums = new Integer[50];
        System.arraycopy(nums, 1992, partNums, 0, partNums.length);
        System.out.println(Arrays.toString(partNums));
        
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        SortDemo.sort(nums, cmp);
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        
        System.arraycopy(nums, 100009, partNums, 0, partNums.length);
        System.out.println(Arrays.toString(partNums));
        
        System.out.println("对10000000个数字排序用时" + (endTime - startTime) + "毫秒");
    }

• 控制台输出