【前端也要学点算法】快速排序的JavaScript实现
作为算法目录下的第一篇博文,快速排序那是再合适不过了。作为最基本最经典的算法之一,我觉得每个程序员都应该熟悉并且掌握它,而不是只会调用库函数,知其然而不知其所以然。
排序算法有10种左右(或许更多),耳熟能详的冒泡排序、选择排序都属于复杂度O(n^2)的“慢”排,而快排的复杂度达到了O(nlongn),快排是怎么做到的呢?跟着楼主一步步探索快排的奥秘吧。
注:如没有特殊说明,本文的快速排序都是针对数组,且排序结果从小到大。
快速排序其实就三步:
- 在需要排序的数组中,任选一个元素作为“基准”
- 将小于“基准”和大于“基准”的元素分别放到两个新的数组中,等于“基准”的元素可以放在任一数组
- 对于两个新的数组不断重复第一步第二步,直到数组只剩下一个元素,这时step2的两个数组已经有序,排序结果也很容易得到了(leftArray+基准元素+rightArray)
以数组[1, 2, 5, 4, 3]
举例,第一次排序,找个基准,基准可以是数组的任意元素,为了方便说明,可以选择第一个元素,这里我以中间元素举例。于是找到5
为基准,小于5和大于5的分别放到两个新的数组中,等于5的可以放到任意一边,第一次排序后,得到结果:
[1, 2, 4, 3] 5 []
然后两个新的数组再次进行如上排序(例子中一个数组是空的,so只需进行一个数组的排序),我们可以很高兴地发现,如果左右两个数组分别排序完后,三个数组按顺序concat后就是我们要的结果了。
再看数组[1, 2, 4, 3]
,选取中间元素4
作为基准,排序后得到:
[1, 2, 3] 4 [] .. 5 []
对于长度大于1的数组继续进行操作:
[1] 2 [3] 4 [] 5 []
great!排序完毕!
接着我们用代码实现过程。
首先定义一个名为quickSort的函数,参数是一个需要排序的数组:
function quickSort(a) {
}
如果数组长度小于1,那么就不用进行排序了,直接返回数组:
function quickSort(a) {
if (a.length <= 1) return a;
}
否则,我们取数组的中间元素,将数组中小于等于中间元素的元素放到left数组,大于中间元素的元素放到right数组:
function quickSort(a) {
if (a.length <= 1) return a;
var mid = ~~(a.length / 2)
, midItem = a.splice(mid, 1)[0]
, left = []
, right = [];
a.forEach(function(item) {
if (item <= midItem)
left.push(item);
else
right.push(item);
});
}
我们知道,如果left数组和right数组都已经排序完毕了,那么直接返回left+midItem+right组成的数组就大功告成了。但是left和right数组是无序的,怎么办?我们定义的quickSort()函数就是用来排序的,递归调用即可:
function quickSort(a) {
if (a.length <= 1) return a;
var mid = ~~(a.length / 2)
, midItem = a.splice(mid, 1)[0]
, left = []
, right = [];
a.forEach(function(item) {
if (item <= midItem)
left.push(item);
else
right.push(item);
});
var _left = quickSort(left)
, _right = quickSort(right);
return _left.concat(midItem, _right);
}
这样才真正的大功告成了,快速排序算法是不是也不那么难?
参考:阮一峰老师的快速排序(Quicksort)的Javascript实现
2016-10-13 补:
如果需要排序的数组有大量重复元素,可以用基于三向切分的快速排序大幅度提高效率。
基础的快排,每一次递归,我们将数组拆分为两个,递归出口是数组长度为 <=1。思考这样一个场景,递归过程中某个数组为 [1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1]
,如果是原始的快排,还需要继续递归下去,实际上已经不需要。所以我们可以用三向切分,简单地说就是将数组切分为三部分,大于基准元素,等于基准元素,小于基准元素。
我们可以设置一个 mid
数组用来保存等于基准元素的元素集合,以前取的基准元素是数组中间位置的元素,其实任意一个即可,这里选了最后一个,比较方便。
function quickSort(a) {
if (a.length <= 1) return a;
var last = a.pop()
, left = []
, right = [];
a.forEach(function(item) {
if (item <= last)
left.push(item);
else
right.push(item);
});
var _left = quickSort(left)
, _right = quickSort(right);
return _left.concat(last, _right);
}
function quickSort3Way(a) {
if (a.length <= 1) return a;
var last = a.pop()
, left = []
, right = []
, mid = [last];
a.forEach(function(item) {
if (item < last)
left.push(item);
else if (item > last)
right.push(item);
else
mid.push(item);
});
var _left = quickSort3Way(left)
, _right = quickSort3Way(right);
return _left.concat(mid, _right);
}
// test cases
// 最好 shuffle 下
var arr = [];
for (var i = 0; i < 1000; i++)
for (var j = 0; j < 10; j++) // 包含大量重复元素
arr.push(i);
console.log(console.time('quickSort'));
quickSort(arr.concat()); // quickSort: 3407.842ms
console.log(console.timeEnd('quickSort'));
console.log(console.time('quickSort3Way'));
quickSort3Way(arr.concat()); // quickSort3Way: 215.705ms
console.log(console.timeEnd('quickSort3Way'));
console.log(console.time('v8 sort'));
arr.concat().sort(function(a, b) {
return a - b;
}); // v8 sort: 10.126ms
console.log(console.timeEnd('v8 sort'));
测试中的这个 case,经过三向切分的快排的效率甚至比 v8 的 (代码写错了,囧)Array.prototype.sort()
还快了一点。
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