Java 快速排序的实现（通俗解释 + 详细代码）

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快速排序的基本概念：

快速排序的核心就是选择一个基准值，然后将数组分成两部分：

• 左边：比基准值小的元素。
• 右边：比基准值大的元素。 然后递归地对左右两部分继续进行这个过程，直到每部分都排好序。

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来，我们用现实生活中的例子来理解！🌟

假设你在整理一堆数字卡片📇，你想把这些卡片按从小到大的顺序排列。快速排序就像是你站在桌子旁边，对这些卡片进行一次大分拣📦，然后不断地把小卡片和大卡片分成左右两边，直到它们都排好位置。

举个具体的例子👇：

你有这样一堆数字：
[8, 3, 5, 1, 9, 6]

第一步：选一个基准值（pivot）

我们从中间选一个数字作为基准值，比如选择 6 作为基准。

第二步：分拣

• 比6小的数字放到左边，即：[3, 5, 1]
• 比6大的数字放到右边，即：[8, 9]
• 基准值6就放在中间。

现在我们有了这样的分拣结果： 左边：[3, 5, 1], 中间：6, 右边：[8, 9]

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第三步：递归处理左边和右边

1. 对左边的数组 [3, 5, 1] 再次进行快速排序：

   • 选择基准值：3
   • 左边：[1] （比3小）
   • 右边：[5] （比3大）

   现在左边排好了：[1, 3, 5]

2. 右边的数组 [8, 9]：

   • 这个部分已经排好了，因为8比9小。

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第四步：组合结果

现在我们把所有部分组合起来：

• 左边：[1, 3, 5]
• 基准值：6
• 右边：[8, 9]

最终得到的排序结果就是：
[1, 3, 5, 6, 8, 9]

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简单总结快速排序的步骤👇：

1. 选择基准值：选一个数字作为基准值，通常选择数组中的某个元素。
2. 分拣：把比基准值小的放左边，比基准值大的放右边。
3. 递归：对左边和右边的部分继续进行相同的操作。
4. 组合结果：最终把排好序的部分拼在一起。

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用生活中的例子来理解🔍：

Imagine 你要整理一个大抽屉里的袜子🧦。你先挑出一只作为“基准袜”，比如中等长度的，然后开始整理：

• 比基准袜短的放一边（左边）。
• 比基准袜长的放另一边（右边）。

接着你再分别整理两边的袜子，按照同样的方式继续分拣，直到所有的袜子都按长短排好顺序！

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快速排序的优势

快速排序的效率很高，因为它每次都将问题规模减半。通过把问题分解成小问题，它能快速解决排序问题。平均时间复杂度是 O(n log n)，在大多数情况下比冒泡排序（时间复杂度 O(n²)）要快得多。

快速排序的完整Java代码：

public class QuickSortExample {

    // 快速排序的主方法，传入数组、最小索引和最大索引
    public static void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
        // 如果低索引小于高索引，说明数组还没排序完
        if (low < high) {
            // 找到基准元素的位置，并把数组分成两部分
            int pivotIndex = partition(arr, low, high);
            
            // 递归地对基准左边部分进行快速排序
            quickSort(arr, low, pivotIndex - 1);
            // 递归地对基准右边部分进行快速排序
            quickSort(arr, pivotIndex + 1, high);
        }
    }

    // 分区方法：选择一个基准值，把小于基准的元素放在左边，大于基准的放在右边
    private static int partition(int[] arr, int low, int high) {
        // 选择最右边的元素作为基准
        int pivot = arr[high];
        
        // i是用来追踪小于基准值的元素的位置
        int i = low - 1; 

        // 遍历数组，找到所有小于基准值的元素
        for (int j = low; j < high; j++) {
            // 如果当前元素小于或等于基准值
            if (arr[j] <= pivot) {
                i++; // 增加i，准备交换小元素的位置
                
                // 交换arr[i]和arr[j]，把小元素放到前面
                int temp = arr[i];
                arr[i] = arr[j];
                arr[j] = temp;
            }
        }

        // 最后，把基准值放到正确的位置（中间）
        int temp = arr[i + 1];
        arr[i + 1] = arr[high];
        arr[high] = temp;

        // 返回基准值的正确位置
        return i + 1;
    }

    // 测试快速排序方法的主函数
    public static void main(String[] args) {
        // 定义一个需要排序的数组
        int[] arr = {8, 3, 5, 1, 9, 6};

        // 打印排序前的数组
        System.out.println("排序前的数组：");
        printArray(arr);

        // 调用快速排序方法，排序整个数组
        quickSort(arr, 0, arr.length - 1);

        // 打印排序后的数组
        System.out.println("排序后的数组：");
        printArray(arr);
    }

    // 辅助方法：打印数组中的所有元素
    private static void printArray(int[] arr) {
        for (int num : arr) {
            System.out.print(num + " ");
        }
        System.out.println();
    }
}

代码详解：

1. quickSort 方法：
   这是快速排序的主方法。它接收一个数组、最小索引（low）和最大索引（high）。如果当前子数组的大小大于1（low < high），它会找到基准值的正确位置，然后递归地排序左右两部分。
2. partition 方法：
   这个方法的作用是将数组分成两部分：
   • 左边是比基准值小或相等的元素。
   • 右边是比基准值大的元素。
     它返回的是基准值最终所在的位置，这样我们知道从哪里把数组一分为二。
3. printArray 方法：
   这个方法是一个辅助方法，用来打印数组内容，方便我们查看排序前后的效果。

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解释这个例子的通俗版本🌟：

1. 选基准值：
   比如我们从数组 [8, 3, 5, 1, 9, 6] 中选了 6 作为基准值。这个基准值就像是一条“分界线”，我们要把小于 6 的元素放到左边，把大于 6 的元素放到右边。
2. 分左右：
   遍历数组，依次将小于 6 的元素放在数组的前面，大于 6 的元素放到数组的后面。比如 3, 5, 和 1 会被移到前面，8, 9 会放到后面，6 作为基准值就在中间。
3. 递归处理：
   然后我们对左边部分 [3, 5, 1] 和右边部分 [8, 9] 继续做相同的分拣，直到每个部分都只有一个元素为止。
4. 排序完成：
   最后，所有的元素就按照从小到大的顺序排好了，结果是 [1, 3, 5, 6, 8, 9]。

排序前的数组：
8 3 5 1 9 6 
排序后的数组：
1 3 5 6 8 9 

小结：

• 快速排序通过挑选一个基准值，然后将数组分为两部分：左边比基准小，右边比基准大。
• 然后对左右两部分继续递归进行快速排序，直到数组排序完毕。
• 整个过程其实就是不停地“分拣”元素，类似于你把大小不同的物品进行快速分拣，最后得到排序结果。

文章来源:https://blog.csdn.net/weixin_44748929/article/details/142627216
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