1101. Quick Sort (25)

本文介绍了一种使用小根堆和大根堆解决pivot元素问题的方法,通过维护两个堆来确保数组左侧构成大根堆,右侧构成小根堆,并在遍历过程中更新堆以满足条件。

1.这道题目需要考虑采用适当的数据结构,即小根堆和大根堆

2.判断某个元素是否能够成为pivot,那么该元素左边数组应该构成一个大根堆,堆顶元素应该小于该元素,该元素的右边构成小根堆,堆顶元素大于该元素

3.左边的小根堆,一直插入即可,利用priority_queue,而右边则需要进行维护,需要编写仿函数

4右边的大根堆维护机制:建立哈希表times,记录每个元素出现的次数,每往后检测新元素数,把新元素出现的次数-1,同时检测大根堆的堆顶元素,如果出现次数为0则弹出,直至剩下出现次数不为0的堆顶


AC代码如下:

//#include<string>
//#include <iomanip>
#include<vector>
#include <algorithm>
//#include<stack>
#include<set>
#include<queue>
#include<map>
//#include<unordered_set>
#include<unordered_map>
//#include <sstream>
//#include "func.h"
//#include <list>
#include<stdio.h>
#include<iostream>
#include<string>
#include<memory.h>
#include<limits.h>
using namespace std;
struct cmp
{
	bool operator()(const int&a, const int&b)
	{
		return a > b;
	}
};
int main(void)
{
	
	int sum;
	cin >> sum;
	int *num = new int[sum];
	map<int, int> times;
	/*vector<int> times(100001, 0);*/
	priority_queue<int> lq;
	priority_queue<int,vector<int>,cmp> rq;
	for (int i = 0; i < sum; i++)
	{
		scanf("%d", &num[i]);
		times[num[i]]++;
		rq.push(num[i]);
	}
	vector<int> ans(0);
	for (int i = 0; i < sum; i++)
	{
		if (i>0) lq.push(num[i - 1]);
		if (rq.size() != 0)
		{//如果右边heap不为空
			times[num[i]]--;//减少num[i]的次数,以维护右边的小根堆
			while (rq.size() != 0 && times[rq.top()] == 0) rq.pop();//检测堆顶元素,出现次数是否为0,如果为0,证明应该被弹出,
			if (rq.size() != 0 && num[i]>rq.top())
			{
				continue;
			}
		}
		if (lq.size() != 0 && num[i] < lq.top())
		{
			continue;
		}
		ans.push_back(num[i]);
	}
	cout << ans.size() << endl;
	sort(ans.begin(), ans.end());
	for (int i = 0; i < ans.size(); i++)
	{
		printf("%d", ans[i]);
		if (i != ans.size() - 1)
			cout << " ";
	}
	cout << endl;//注意在后面添加换行
	return 0;
}


package QuickSort; public class Quick { public static void sort(Comparable[] a) { if(a==null&&a.length==0) ; int lo=0; int hi=a.length-1; sort(a,lo,hi); } public static void sort(Comparable[] a, int lo, int hi){ if(lo>=hi){ return; } int p = partition(a,lo,hi); sort(a,lo,p-1); sort(a,p+1,hi); } public static int partition(Comparable[] a, int lo, int hi){ Comparable pivot = a[lo]; int left=lo; int right=hi+1; while(left<right){ while (less(pivot,a[--right])&&left<right){ if(right==lo){ break; } } while (less(a[++left],pivot)&&left<right){ if(left==hi){ break; } } if(left<right){ exch(a,left,right); } } exch(a,lo,right); return right; } public static void exch(Comparable[] v,int i,int j){ Comparable temp=v[i]; v[i]=v[j]; v[j]=temp; } public static boolean less(Comparable a, Comparable b){ return a.compareTo(b) < 0; } } public static void testQuick(Integer[] a){ long startTime = System.currentTimeMillis(); Quick.sort(a); long endTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println("快速序的执行时间为:"+(endTime-startTime)+"毫秒"); } public static void main(String[] args) throws IOException { String FilePath="D:\\idea\\IdeaProjects\\basic-code\\Mysuanfa\\src\\sort.txt"; ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>(); BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(FilePath))); String line=null; while((line=br.readLine())!=null){ list.add(Integer.valueOf(line)); } br.close(); Integer[] arr=new Integer[list.size()]; list.toArray(arr); testQuick(arr); } 为什么我测试快速序的这个方法会报错 at QuickSort.Quick.sort(Quick.java:14) at QuickSort.Quick.sort(Quick.java:15) at QuickSort.Quick.sort(Quick.java:14) at QuickSort.Quick.sort(Quick.java:15) at QuickSort.Quick.sort(Quick.java:14) at QuickSort.Quick.sort(Quick.java:15) at QuickSort.Quick.sort(Quick.java:14) at QuickSort.Quick.sort(Quick.java:15) at QuickSort.Quick.sort(Quick.java:14) at QuickSort.Quick.sort(Quick.java:15) at QuickSort.Quick.sort(Quick.java:14) at QuickSort.Quick.sort(Quick.java:15)
10-07
你的程序报错信息显示出现了 **无限递归**,表现为 `StackOverflowError`,从栈跟踪可以看出: ``` at QuickSort.Quick.sort(Quick.java:14) at QuickSort.Quick.sort(Quick.java:15) ... ``` 反复在 `sort(a, lo, hi)` 的两个方法之间调用,说明递归深度太深甚至死循环了。这通常是由于 **分区逻辑错误导致无法正确缩小问题规模**,从而使得递归没有有效终止。 --- ### ✅ 问题分析与定位 我们逐段检查代码中的关键点: #### 1. 空数组判断错误 ```java if(a==null&&a.length==0) ; ``` 这里有严重的问题: - 使用了 `&&`,但应该是 `||`(只要为空或长度为0就返回) - 而且这个判断后面是空语句 `;`,即使条件成立也不做任何事! - 所以实际上你并没有提前返回! 👉 正确写法应为: ```java if (a == null || a.length == 0) return; ``` 否则,当传入空数组时,`a.length - 1` 就会出错,或者进入无效递归。 > ❗这是第一个潜在 bug。 --- #### 2. 分区函数 `partition` 存在逻辑错误 重点看这段: ```java Comparable pivot = a[lo]; int left = lo; int right = hi + 1; while (left < right) { while (less(pivot, a[--right]) && left < right) { if (right == lo) break; } while (less(a[++left], pivot) && left < right) { if (left == hi) break; } if (left < right) { exch(a, left, right); } } exch(a, lo, right); return right; ``` ##### ❌ 问题一:`less(pivot, a[--right])` 含义理解反了! 回忆 `less(a,b)` 定义为: ```java return a.compareTo(b) < 0; ``` 即:`less(A, B)` 表示 A < B。 所以: - `less(pivot, a[--right])` → `pivot < a[--right]` → 想找比 pivot **大的元素**? - 实际上你应该找比 pivot **小的元素**才停下来交换! 标准双指针快中: - 左边指针找 ≥ pivot 的元素 - 右边指针找 ≤ pivot 的元素 但你这里是: ```java while (less(pivot, a[--right]) && left < right) ``` → 继续移动 right 直到遇到一个 **不大于 pivot 的值** 才停? 不对!因为 `less(pivot, x)` 成立表示 `pivot < x`,也就是 `x > pivot`,所以这个循环只会跳过比 pivot 大的数,直到找到一个 ≤ pivot 的数才退出 —— 这是对的。 等等,其实方向是对的: - `--right` 往左走,跳过所有 `pivot < a[j]`(即 a[j] > pivot)的情况 - 停下来的时候是 `a[j] <= pivot` - 类似地,`++left` 跳过所有 `a[i] < pivot` 的情况,停下来是 `a[i] >= pivot` 所以理论上没问题……但是注意边界和 `left < right` 判断顺序! ##### ❌ 问题二:`less(...)` 中参数顺序搞反了! 再看这一行: ```java while (less(pivot, a[--right]) && left < right) ``` ⚠️ 注意:`less(pivot, a[--right])` 等价于 `pivot < a[--right]`,即 `a[--right] > pivot` ✔️ 我们希望右指针从右往左,**跳过所有大于 pivot 的元素**,碰到小于等于的就停下 —— 是对的。 同理: ```java while (less(a[++left], pivot) && left < right) ``` → `a[++left] < pivot`,只要小于就继续,碰到大于等于就停下 —— 也是对的。 ✅ 所以比较逻辑本身没错。 --- ##### ❌ 问题三:`if(right == lo)` 和 `if(left == hi)` 这些 break 是多余的、破坏逻辑! 这些强行 break 会导致指针还没完成扫描就跳出循环,可能造成 `left` 和 `right` 没有正确相遇,进而导致 `exch(a, lo, right)` 把错误位置作为 pivot 归位,更可能导致递归区间不收敛! 比如: ```java if(right == lo){ break; } ``` 你在 `--right` 时如果到了 `lo` 就 break,那岂不是不能处理 `a[lo]` 自己? 而 `pivot = a[lo]`,右边指针本应该可以走到 `lo` 并结束,但现在直接 break,可能导致 `right` 卡住不动,从而 `left < right` 永远成立,形成死循环或错误划分。 🔴 删除这些无意义的 `if(...) break;`! --- ##### ❌ 问题四:`left` 和 `right` 初始化方式有问题 你设的是: ```java int left = lo; int right = hi + 1; ``` 然后: ```java while (left < right) { --right; // 先减再判断 ++left; } ``` 这是模仿《算法》(Sedgewick) 的经典实现,是可以的,但必须保证: - 内层循环不要加额外 `break` - 循环结束后 `right` 指向最后一个 ≤ pivot 的元素 - 最后 `exch(a, lo, right)` 把 pivot 放到位 但如果中间插入了强制 break,就会破坏这个机制。 --- ### ✅ 修改建议(完整修复版) 下面是修正后的完整 `Quick.java` 关键部分: ```java package QuickSort; import java.io.*; import java.util.ArrayList; import java.util.Arrays; public class Quick { public static void sort(Comparable[] a) { if (a == null || a.length == 0) return; // 修复:null 或空数组直接返回 sort(a, 0, a.length - 1); } public static void sort(Comparable[] a, int lo, int hi) { if (lo >= hi) return; // 区间只有一个元素或无效 int p = partition(a, lo, hi); sort(a, lo, p - 1); sort(a, p + 1, hi); } public static int partition(Comparable[] a, int lo, int hi) { Comparable pivot = a[lo]; int left = lo; int right = hi + 1; while (left < right) { // 右指针:从右向左,找 <= pivot 的元素 while (left < right && less(pivot, a[--right])) { // 只要 a[right] > pivot,就继续左移 } // 左指针:从左向右,找 >= pivot 的元素 while (left < right && less(a[++left], pivot)) { // 只要 a[left] < pivot,就继续右移 } if (left < right) { exch(a, left, right); } } // 将 pivot 放到正确位置 exch(a, lo, right); return right; } public static void exch(Comparable[] a, int i, int j) { Comparable temp = a[i]; a[i] = a[j]; a[j] = temp; } public static boolean less(Comparable a, Comparable b) { return a.compareTo(b) < 0; } public static void testQuick(Integer[] a) { Integer[] copy = a.clone(); // 避免原数组被修改影响其他测试 long startTime = System.currentTimeMillis(); sort(copy); long endTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println("快速序执行时间:" + (endTime - startTime) + " 毫秒"); } public static void main(String[] args) throws IOException { String FilePath = "D:\\idea\\IdeaProjects\\basic-code\\Mysuanfa\\src\\sort.txt"; ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>(); BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(FilePath))); String line; while ((line = br.readLine()) != null) { if (!line.trim().isEmpty()) { list.add(Integer.valueOf(line.trim())); } } br.close(); Integer[] arr = list.toArray(new Integer[0]); System.out.println("序前数据量:" + arr.length); // System.out.println("序前前10个:" + Arrays.toString(Arrays.copyOf(arr, Math.min(10, arr.length)))); testQuick(arr); // System.out.println("序后前10个:" + Arrays.toString(Arrays.copyOf(arr, Math.min(10, arr.length)))); } } ``` --- ### 🔍 总结错误原因 | 错误 | 原因 | |------|------| | 栈溢出(无限递归) | `partition` 返回的位置错误,导致子区间未缩小,递归无法终止 | | `if(a==null&&a.length==0);` | 条件错误且无返回,空数组仍进入递归 | | 强制 `break` 在 `--right==lo` 等处 | 打乱双指针逻辑,导致 `right` 提前停止,无法收敛 | | 没有克隆数组测试 | 若多次测试会有副作用 | --- ### ✅ 如何避免此类问题? 1. **单元测试小数据集**:先用 `{3,1,4,1,5}` 测试是否能正常序 2. **打印日志调试 partition 返回值** 3. **使用 IDE 调试器单步跟踪递归过程** 你可以添加如下调试代码验证 `partition` 是否正常: ```java System.out.println("After partition: " + Arrays.toString(a) + ", pivot index=" + p); ``` --- ### 💡 相关问题建议
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