【算法日积月累】8-三路快排

本文详细介绍了三路快速排序算法的实现原理与过程,并通过双指针技术将数组分为三部分,有效减少了递归调用的深度。同时,还提供了LeetCode第75题颜色分类的两种解法。

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【算法日积月累】8-三路快排

使用“双指针”实现的 partition 操作,把数组分成三个部分

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分析清楚以后,我们就可以很轻松地写出代码:

def __partition_3(nums, left, right):
    p = nums[left]
    # lt 是 less than 的意思,表示严格小于
    lt = left
    # gt 是 great than 的意思,表示严格大于
    gt = right + 1
    # i 这个变量用于遍历数组中的标定点以后的元素
    i = left + 1
    # 注意循环可以继续的条件,为什么不可以取“=”
    while i < gt:
        if nums[i] < p:
            lt += 1
            nums[i], nums[lt] = nums[lt], nums[i]
            i += 1
        elif nums[i] == p:
            i += 1
        else:
            gt -= 1
            nums[i], nums[gt] = nums[gt], nums[i]
    # 想清楚,为什么交换 left 和 lt 
    nums[left], nums[lt] = nums[lt], nums[left]
    return lt, gt

def __quick_sort(nums, left, right):
    if left >= right:
        return
    lt, gt = __partition_3(nums, left, right)
    # 在有很多重复元素的排序任务中,lt 和 gt 可能会相距很远
    # 因此后序递归调用的区间变小
    # 递归的深度也大大降低了
    __quick_sort(nums, left, lt - 1) # 想清楚为什么这里右边界是 lt - 1
    __quick_sort(nums, gt, right)


def quick_sort(nums):
    __quick_sort(nums, 0, len(nums) - 1)

关于使用两个指针把数组分成 3 个部分,在 LeetCode 上有一个专门的问题,我们可以当成练习巩固一下。

练习

LeetCode 第 75 题:颜色分类

其实最容易想到的是计数:分别统计 0、1、2 出现的次数,然后再对数组重新赋值。但是要使用 3 个辅助空间,编写要遍历数组两次。我们完全可以使用这一节介绍的“双指针”的办法。

解法1:

class Solution:
    def sortColors(self, nums):
        """
        :type nums: List[int]
        :rtype: void Do not return anything, modify nums in-place instead.
        """
        counter = [0] * 3
        for num in nums:
            counter[num] += 1
        i = 0
        for idx, count in enumerate(counter):
            for _ in range(count):
                nums[i] = idx
                i += 1

解法2:

class Solution:
    def sortColors(self, nums):
        l = len(nums)

        # 循环不变量的定义:
        # [0,zero] 中的元素全部等于 0
        # [zero+1,i) 中的元素全部等于 1
        # [two,l-1] 中的元素全部等于 2
        zero = -1
        two = l
        i = 0  # 马上要看的位置

        while i < two:
            if nums[i] == 0:
                zero += 1
                nums[zero], nums[i] = nums[i], nums[zero]
                i += 1
            elif nums[i] == 1:
                i += 1
            else:
                two -= 1
                nums[two], nums[i] = nums[i], nums[two]
一、综合实战—使用极轴追踪方式绘制信号灯 实战目标:利用对象捕捉追踪和极轴追踪功能创建信号灯图形 技术要点:结合两种追踪方式实现精确绘图,适用于工程制图中需要精确定位的场景 1. 切换至AutoCAD 操作步骤: 启动AutoCAD 2016软件 打开随书光盘中的素材文件 确认工作空间为"草图与注释"模式 2. 绘图设置 1)草图设置对话框 打开方式:通过"工具→绘图设置"菜单命令 功能定位:该对话框包含捕捉、追踪等核心绘图辅助功能设置 2)对象捕捉设置 关键配置: 启用对象捕捉(F3快捷键) 启用对象捕捉追踪(F11快捷键) 勾选端点、中心、圆心、象限点等常用捕捉模式 追踪原理:命令执行时悬停光标可显示追踪矢量,再次悬停可停止追踪 3)极轴追踪设置 参数设置: 启用极轴追踪功能 设置角度增量为45度 确认后退出对话框 3. 绘制信号灯 1)绘制圆形 执行命令:"绘图→圆→圆心、半径"命令 绘制过程: 使用对象捕捉追踪定位矩形中心作为圆心 输入半径值30并按Enter确认 通过象限点捕捉确保圆形位置准确 2)绘制直线 操作要点: 选择"绘图→直线"命令 捕捉矩形上边中点作为起点 捕捉圆的上象限点作为终点 按Enter结束当前直线命令 重复技巧: 按Enter可重复最近使用的直线命令 通过圆心捕捉和极轴追踪绘制放射状直线 最终形成完整的信号灯指示图案 3)完成绘制 验证要点: 检查所有直线是否准确连接圆心和象限点 确认极轴追踪的45度增量是否体现 保存绘图文件(快捷键Ctrl+S)
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