JS手撕(十一) 选择排序、快速排序

选择排序

原理

选择排序原理就是每次从未排序序列中选择最小元素，放到已排序序列的末尾。

那么如何选择最小元素，并把最小元素放到已排序序列的末尾？

只需要遍历寻找最小的数，并保存最小数的索引。遍历完之后，让最小数和已排序序列的末尾互换位置即可。

图片来自菜鸟教程

JS实现

function selectSort(arr) {
  const len = arr.length;
  let minIndex;   // 保存最小数的索引

  for (let i = 0; i < len - 1; i++) {   // 排好前n-1个，第n个数就是剩下的最大的。
    minIndex = i;     // 设置最小数的索引的默认值

    for (let j = i + 1; j < len; j++) {
      if (arr[j] < arr[minIndex]) {
        // 遍历的数比之前村的最小数还小，更改最小数的索引位置
        minIndex = j;
      }
    }

    // 让最小数和已排序序列的末尾互换位置
    [arr[i], arr[minIndex]] = [arr[minIndex], arr[i]];

  }

  return arr;
}

测试：

const selectSort = require('./sort.js');

let arr = [3, 44, 38, 5, 47, 15, 36, 26, 27, 2, 46, 26, 4, 19, 50, 48];
console.log(selectSort(arr))

性能

时间复杂度：O(n²)

排序稳定性：不稳定

这里第一次遇到不稳定的排序。稍微举例子说明一下为什么是不稳定的。

上面一开始2*是在2之后的，排序完之后2*变成在2之前了，所以选择排序是不稳定的。

它是不稳定的关键就是让最小数和已排序序列的末尾互换位置时，可能把大小相同的数中在前面的移动到了后面去。

快速排序

原理

快速排序原理就是：

从数组中挑出一个元素，称为基准(pivot)。
将所有比基准值小的放在基准前面，所有比基准值大的放在放在基准后面。该操作称为分区操作(partition)
递归地把小于基准值地子序列和大于基准值地子序列排序

图片来自菜鸟教程

JS实现

function quickSort(arr, l, r) {
  if (l >= r) {
    return;
  }

  const partionIndex = partition(arr, l, r);

  // 递归排序小于基准值的子数列
  quickSort(arr, l, partionIndex - 1);

  // 递归排序大于基准值的子数列
  quickSort(arr, partionIndex + 1, r);

  return arr;
}

function partition(arr, l, r) {
  let pivot = l;
  let index = l + 1;

  for (let i = index; i <= r; i++) {
    if (arr[i] < arr[pivot]) {
      // 把小于标杆的移到左边
      [arr[index], arr[i]] = [arr[i], arr[index]];
      index++;
    }
  }

  // 标杆归位
  [arr[index - 1], arr[pivot]] = [arr[pivot], arr[index - 1]];

  // 返回标杆的位置
  return index - 1;
}

测试：

优化

快速排序最坏的情况是初始序列已经有序，第一趟排序经过n-1次比较后，第一个元素仍然在原来的位置，第二趟经过n-2次比较厚，也还在原来的位置。依此类推，最后的总比较次数是(n-1) + (n-2) + ... + 1 = n(n-1)/2。即最坏时间复杂度是O(n²)。

至于如何改进，那就是随机取基准。因为上面是一直取第一位为基准，所以就导致了初始序列有序的情况下时间复杂度是O(n²)。而随机取基准就能解决这种情况。

修改起来也很简单，只需要将partition函数那里的pivot修改成取随机数即可，不过还需要将arr[pivot]和arr[l]切换位置，并将pivot设置为l。因为整个算法的逻辑都是按第一位是基准来写的，所以还用之前的逻辑的话，只能随机取值，并把它换到第一位。

// partition函数开始部分
// [l, r]区间取随机数，注意是闭区间
let pivot = Math.floor(Math.random() * (r - l) + l);

[arr[l], arr[pivot]] = [arr[pivot], arr[l]];
pivot = l;

JS特殊实现

主要利用concat方法能用来合并数组，所以使用concat搭配递归调用就能很方便的实现。

function quickSort(arr) {
  if (arr.length <= 1) {
    // 递归退出条件
    return arr;
  }

  // 随机取基准索引
  const pivotIndex = Math.floor(Math.random() * (arr.length - 1));

  // 基准值
  const pivot = arr.splice(pivotIndex, 1)[0];

  const left = [];
  const right = [];

  for (const item of arr) {
    if (item < pivot) {
      // 小于基准值的放在基准值左边
      left.push(item);
    } else {
      right.push(item);
    }
  }

  // 递归+concat实现子数组排序
  return quickSort(left).concat(pivot, quickSort(right));
}