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设计中常常需要高性能的算法进行代码优化，下面介绍一种快速排序，并附源代码。

快速排序简介

快速排序（Quicksort）是对冒泡排序的一种改进，由 C. A. R. Hoare 在 1962 年提出。它的基本思想是：通过一趟排序将要排序的数据分割成独立的两部分，其中一部分的所有数据都比另外一部分的所有数据都要小，然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序，整个排序过程可以递归进行，以此达到整个数据变成有序序列。

算法原理

设要排序的数组是 A[0]……A[N-1]，首先任意选取一个数据（通常选用第一个数据）作为关键数据，然后将所有比它小的数都放到它前面，所有比它大的数都放到它后面，这个过程称为一趟快速排序。

一趟快速排序的算法步骤：

  1. 设置两个变量 I、J，排序开始的时候：I=0，J=N-1
  2. 以第一个数组元素作为关键数据，赋值给 key，即 key=A[0]
  3. 从 J 开始向前搜索（J=J-1），找到第一个小于 key 的值 a[j]，并与 key 交换
  4. 从 I 开始向后搜索（I=I+1），找到第一个大于 key 的 a[i]，与 key 交换
  5. 重复第 3、4 步，直到 I=J

说明：第 3、4 步在程序中没找到时 j=j-1，i=i+1；找到并交换时 i、j 指针位置不变。当 i=j 时，此过程正好是 i+ 或 j+ 完成的，循环结束。

示例演示

待排序的数组 A 的值分别是（初始关键数据：X=49）。注意关键 X 永远不变，永远是和 X 进行比较，无论在什么位置，最后的目的就是把 X 放在中间，小的放前面，大的放后面。

A[0]A[1]A[2]A[3]A[4]A[5]A[6]
49386597761327
  • 第一次交换后：27 38 65 97 76 13 49（按算法第三步从后面开始找）
  • 第二次交换后：27 38 49 97 76 13 65（按算法第四步从前面找 >X 的值，65>49，两者交换，此时 I=3）
  • 第三次交换后：27 38 13 97 76 49 65（按算法第五步再次执行第三步从后开始找）
  • 第四次交换后：27 38 13 49 76 97 65（按算法第四步从前面找大于 X 的值，97>49，两者交换，此时 J=4）

此时再执行第三步时发现 I=J，从而结束一趟快速排序。经过一趟快速排序之后的结果是：27 38 13 49 76 97 65，即所有大于 49 的数全部在 49 的后面，所有小于 49 的数全部在 49 的前面。

递归过程

快速排序就是递归调用此过程——以 49 为中点分割这个数据序列，分别对前面一部分和后面一部分进行类似的快速排序，从而完成全部数据序列的快速排序，最后把此数据序列变成一个有序的序列。

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初始状态：{49 38 65 97 76 13 27}

进行一次快速排序之后划分为：{27 38 13} 49 {76 97 65}

分别对前后两部分进行快速排序：
- {27 38 13} 经第三步和第四步交换后变成 {13 27 38}，完成排序
- {76 97 65} 经第三步和第四步交换后变成 {65 76 97}，完成排序

源代码（C#）

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using System;
using System.Text;

namespace QuickSortArithmetic
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 随机生成70个三位数的int32数组
            int[] Nums = RandomNums(3, 70);
            ShowNums("初始化的数组：", Nums);
            QuickSort(ref Nums, 0, Nums.Length - 1);
            ShowNums("排序后的数组：", Nums);
            Console.ReadLine();
        }

        #region 生成随机int数组
        private static int[] RandomNums(int Length, int Count)
        {
            Random Rand = new Random(7);
            int[] Nums = new int[Count];
            for (int c = 0; c < Count; c++)
            {
                string Result = string.Empty;
                for (int i = 0; i < Length; i++)
                {
                    Result += Rand.Next(10).ToString();
                }
                Nums[c] = Convert.ToInt32(Result);
            }
            return Nums;
        }
        #endregion

        #region 排序算法：快速排序
        private static void QuickSort(ref int[] Nums, int low, int high)
        {
            int key = Nums[low];
            int i = low;
            int j = high;
            while (low < high)
            {
                while (low < high)
                {
                    if (Nums[high] < key)
                    {
                        Nums[low] = Nums[high];
                        Nums[high] = key;
                        break;
                    }
                    else
                    {
                        high--;
                    }
                }
                while (low < high)
                {
                    if (Nums[low] > key)
                    {
                        Nums[high] = Nums[low];
                        Nums[low] = key;
                        break;
                    }
                    else
                    {
                        low++;
                    }
                }
                if (i < low - 1)
                {
                    QuickSort(ref Nums, i, low - 1);
                }
                if (j > high + 1)
                {
                    QuickSort(ref Nums, high + 1, j);
                }
            }
        }
        #endregion

        private static void ShowNums(string Msgs, int[] Nums)
        {
            Console.Write(Msgs);
            foreach (int n in Nums)
            {
                Console.Write(n.ToString() + " ");
            }
            Console.WriteLine();
        }
    }
}

排序结果

排序结果




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