递归和非递归快排

本文介绍了一种非递归方式实现快速排序的方法,并通过使用栈来替代递归来完成排序过程。文中给出了详细的C++代码实现,展示了如何利用栈保存每次分区操作的返回值,从而避免了递归调用可能导致的堆栈溢出问题。
#include<iostream>
#include<stack>
using namespace std;

//快排
int Partion(int *arr, int beg, int end)
{
    if(arr==NULL)
    {
        exit(-1);
    }
    int tep = arr[beg];
    while(beg<end)
    {
        while(beg<end&&tep<=arr[end])
        {
            end--;
        }
        if(beg<end)
        {
            arr[beg] = arr[end];
            beg++;
        }
        while(beg<end && tep>=arr[beg])
        {
            beg++;
        }
        if(beg<end)
        {
            arr[end] = arr[beg];
            end--;
        }
    }
    arr[beg]=tep;
    return beg;
}
void QuickSort(int *arr , int beg, int end)
{
    if(arr==NULL)
    {
        return;
    }
    if(beg<end)
    {
        int mid = Partion(arr , beg , end);
        QuickSort(arr , beg , mid-1);
        QuickSort(arr , mid+1, end);
    }
}
//非递归快排,其实就用一个栈保存每次的Partion()的返回值,
void _QuickSort(int *arr , int beg, int end)
{
    stack<int> s;
    if(beg<end)
    {
        int mid = Partion(arr , beg , end);
        {
            if(beg<mid-1)
            {
                s.push(beg);
                s.push(mid-1);
            }
            if(mid+1<end)
            {
                s.push(mid+1);
                s.push(end);
            }
        }
    }
    while(!s.empty())
    {
        int q = s.top();
        s.pop();
        int p = s.top();
        s.pop();
        int mid = Partion(arr , p, q);
        if(p<mid-1)
        {
            s.push(p);
            s.push(mid-1);
        }
        if(mid+1<q)
        {
            s.push(mid+1);
            s.push(q);
        }
    }
}
int main()
{
    int arr[] = {9,8,7,6,5,4,3,2,1,89,78,9999,8};
    int len = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
    _QuickSort(arr, 0 , len-1);
    for(int i=0;i<len;++i)
    {
        cout<<arr[i]<<" ";
    }
    cout<<endl;
    return 0;
}
快速排序的非递归实现主要依赖于栈结构来模拟递归调用的过程,从而避免了函数调用栈的开销,这在某些特定场景下可以提高程序的执行效率。在非递归实现中,核心思想是手动管理一个栈,用来保存待处理的子数组的起始结束索引。通过这种方式,可以按照类似于递归的方式逐步解决排序问题。 ### 快速排序(非递归)思想 与递归实现类似,非递归版本的快速排序同样基于分治策略。首先选择一个基准值,然后根据这个基准值将数组分成两部分,一部分的所有元素都比基准值小,另一部分的所有元素都比基准值大。这一过程称为分区操作。不同之处在于,非递归实现需要显式地使用栈来存储待处理的子数组信息,而不是依赖函数调用栈。 ### 排序过程(非递归)图解 1. 初始化一个栈,并将整个数组的起始结束索引压入栈中。 2. 当栈不为空时,弹出顶部的两个索引,这两个索引定义了一个子数组。 3. 对这个子数组执行分区操作,得到一个基准值的位置。 4. 将基准值左侧右侧的子数组的起始结束索引分别压入栈中,前提是这些子数组至少包含一个元素。 5. 重复步骤2至4,直到栈为空。 ### 快速排序(非递归)代码 下面是一个使用C语言实现的快速排序非递归版本的例子。这里使用了一个固定大小的数组作为栈来存储待处理的子数组的起始结束索引。 ```c void QuickSortNonR(int* arr, int begin, int end) { int Stack[20] = { 0 }; int size = 0; Stack[size++] = end; Stack[size++] = begin; while (size > 0) { int left = Stack[--size]; int right = Stack[--size]; if (left < right) { int pivot = arr[right]; int i = left - 1; for (int j = left; j < right; j++) { if (arr[j] <= pivot) { i++; // 交换元素 int temp = arr[i]; arr[i] = arr[j]; arr[j] = temp; } } // 将基准值放到正确的位置 int temp = arr[i + 1]; arr[i + 1] = arr[right]; arr[right] = temp; // 将左右子区间压入栈中 Stack[size++] = right; Stack[size++] = i + 2; Stack[size++] = i; Stack[size++] = left; } } } ``` 请注意,上述代码中的分区逻辑采用了简单的实现方式,其中基准值被选为子数组的最后一个元素。分区完成后,基准值被放置在其最终的排序位置上,所有在其左侧的元素都不大于它,所有在其右侧的元素都不小于它[^4]。 ### 时间复杂度空间复杂度 快速排序的平均时间复杂度为O(n log n),其中n是待排序数组的长度。在最坏的情况下,时间复杂度会退化为O(n^2),这种情况通常发生在数组已经排序或者几乎已经排序的情况下。对于非递归实现,空间复杂度主要来自于栈的使用,最坏情况下为O(n),但平均情况下为O(log n)。
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