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クイック ソートは、分割統治戦略に基づいた効率的な並べ替えアルゴリズムです。この並べ替えアルゴリズムの中心的な考え方は、ベンチマーク要素を選択し、配列を 2 つの部分に分割して、左側の要素がベンチマーク要素以下になり、右側の要素がベンチマーク要素以上になるようにすることです。ベンチマーク要素と等しい場合は、2 つの部分に再帰的にクイック ソートを適用します。

アルゴリズムのステップ:

1. 基本要素を選択してください : 配列から要素をピボットとして選択します。通常、最初の要素、最後の要素、またはランダムな要素が基礎として選択されます。

2. パーティション : ベース要素より小さい要素がベース要素の左側に配置され、ベース要素より大きい要素が右側に配置されるように配列を再配置します。同時に、ベース要素はソートされた最終位置にあります。

3. 再帰的ソート: 参照要素の左側と右側の部分配列を再帰的にすばやく並べ替えます。
   

実装手順:

C 言語でクイック ソートを実装するコードは次のとおりです。

#include <stdio.h>

// 函数：交换数组中两个元素的值
void swap(int* a, int* b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

// 函数：将数组分区，并返回基准元素的位置（索引）
int partition(int arr[], int low, int high) {
    int pivot = arr[high];  // 选择最后一个元素作为基准
    int i = low - 1;  // 初始化分区索引，比基准元素小的元素会放在左边

    for (int j = low; j < high; j++) {
        // 如果当前元素小于或等于基准元素，则将它交换到分区的左边
        if (arr[j] <= pivot) {
            i++;  // 移动分区索引
            swap(&arr[i], &arr[j]);
        }
    }

    // 最后将基准元素交换到正确的位置
    swap(&arr[i + 1], &arr[high]);
    return i + 1;  // 返回基准元素的位置
}

// 函数：实现快速排序
void quickSort(int arr[], int low, int high) {
    if (low < high) {
        // 对数组进行分区
        int pi = partition(arr, low, high);

        // 对基准元素左边和右边的子数组进行递归排序
        quickSort(arr, low, pi - 1);
        quickSort(arr, pi + 1, high);
    }
}

// 函数：打印数组元素
void printArray(int arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("n");
}

// 主函数：测试快速排序的实现
int main() {
    int arr[] = {10, 7, 8, 9, 1, 5};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

    printf("原始数组: n");
    printArray(arr, n);

    quickSort(arr, 0, n - 1);

    printf("排序后的数组: n");
    printArray(arr, n);
    return 0;
}
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コード分​​析:

• スワップ関数: 配列内の 2 つの要素の値を交換するために使用されます。
• パーティション関数: 配列内の最後の要素をベースとして選択し、配列を 2 つの部分に分割し、ベース要素の最終位置インデックスを返します。
• クイックソート関数 : クイックソートを実装するための再帰アルゴリズム。各再帰では、最初にパーティション関数を使用して配列を分割し、次に 2 つの分割された部分が再帰的に並べ替えられます。
• printArray 関数: 並べ替え結果を簡単に確認できるように配列要素を印刷するために使用されます。
• メイン機能: クイック ソートの実装をテストし、ソートの前後の配列を出力します。

時間計算量:

クイック ソートの時間計算量は、主にパーティション操作の時間計算量と再帰呼び出しの数によって決まります。クイックソートの時間計算量は、最悪の場合では O(n^2) ですが、平均的な場合では O(n log n) であり、効率的な並べ替えアルゴリズムとなります。

要約:

クイック ソートは、分割統治戦略とパーティション操作を通じて効率的なソートを実現します。追加の記憶領域は必要なく (再帰呼び出しのためのスタック領域を除く)、平均的な環境下では優れたパフォーマンスを発揮します。したがって、クイック ソートは、実際のアプリケーションで一般的に使用される並べ替えアルゴリズムの 1 つであり、大規模なデータ セットの並べ替えタスクに特に適しています。