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前言
快速排序可以说是使用最广的排序算法了，主要的特点是基于原地排序（不需要使用辅助数组，节省空间）；其实对于长度为 N 的数组使用快速排序时间复杂度为 NlogN；在前几篇也一起讨论了其他的排序算法，都没能够把这两个特点结合起来。
快速排序思路
快速排序也是一种分治的排序算法，把数组划分为两个子数组，然后递归对子数组进行排序，最终保证整个数组有序。
算法思路：
随机选择一个切分元素，通常选择的是数组的第一个元素
从数组的左边开始扫描找出大于等于切分元素的值，从数组的右边开始扫描找出小于等于切分元素的值，交换这两个值
循环这个过程直到左右两个指针相遇，这样就排定了一个元素，保证了切分元素左边的值都是小于它的值，右边的元素都是大于它的值
递归这个过程，最终保证整个数组有序
算法实现
根据快速排序算法的思路，我们可以写出第一版实现：
public class QuickSort implements SortTemplate {@Overridepublic void sort(Comparable[] array) {quickSort(array, 0, array.length - 1);}private void quickSort(Comparable[] array, int lo, int hi) {if (lo >= hi) {return;}int partition = partition(array, lo, hi);quickSort(array, lo, partition - 1);quickSort(array, partition + 1, hi);}private int partition(Comparable[] array, int lo, int hi) {int i = lo, j = hi + 1;Comparable el = array[lo];while (true) {while (less(array[++i], el)) {if (i == hi) {break;}}while (less(el, array[--j])) {if (j == lo) {break;}}if (i >= j) {break;}exch(array, i, j);}exch(array, lo, j);return j;}}
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其中exch 、less方法的实现请看之前的文章《常见的初级排序算法，这次全搞懂》
这段代码是实现快速排序的常规实现，考虑最糟糕的情况，假如需要排序的数组是已经有序的[1,2,3,4,5,6,7,8]，执行快速排序的过程如图：
对一个长度为 N 的数组，最糟糕的情况下需要递归 N-1 次，所以时间复杂度是 O(n²)，为了避免这种情况出现，我们来看下算法如何改进
算法改进
为了避免最糟糕的情况出现，有两个办法，第一是在排序数组之前先随机打乱数组；第二是在 partition 方法中随机取切分元素，而不是固定取第一个，简单实现：
private int partition(Comparable[] array, int lo, int hi) {int i = lo, j = hi + 1;int random = new Random().nextInt(hi - lo) + lo;exch(array, lo, random);Comparable el = array[lo];while (true) {while (less(array[++i], el)) {if (i == hi) {break;}}while (less(el, array[--j])) {if (j == lo) {break;}}if (i >= j) {break;}exch(array, i, j);}exch(array, lo, j);return j;}
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这点和归并排序一样，对于小数组的排序直接切换成插入排序
private void quickSort(Comparable[] array, int lo, int hi) { if (lo >= hi) { return; } if (hi - lo < 5) { //测试，小于5就切换到插入排序 insertionSort(array, lo, hi); return; } int partition = partition(array, lo, hi); quickSort(array, lo, partition - 1); quickSort(array, partition + 1, hi);} //插入排序private void insertionSort(Comparable[] array, int lo, int hi) { for (int i = lo; i <= hi; i++) { for (int j = i; j > lo && less(array[j], array[j - 1]); j--) { exch(array, j, j - 1); } }}
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当我们需要排序的数组中出现了大量的重复元素，我们实现的快速排序在递归的时候会遇到许多全部重复的子数组，我们的算法依然会对其进行切分，这里有很大的提升空间。
思路就是先随意选择一个切分元素(el)，然后把数组切换成大于、等于、小于三个部分，一次递归可以排定所有等于切分元素的值；
维护一个指针 lt、gt，使得 a[lo..lt-1]都小于切分元素，a[gt+1..hi]都大于切分元素；
初始化变量：lt=lo, i=lo+1, gt=hi
if a[i] < el ; 交换 a[i]与 a[lt], i++, lt++
if a[i] > el ; 交换 a[gt]与 a[i], gt--
a[i] == el; i++
代码实现：
public class Quick3waySort implements SortTemplate {@Overridepublic void sort(Comparable[] array) {quickSort(array, 0, array.length - 1);}@SuppressWarnings("unchecked")private void quickSort(Comparable[] array, int lo, int hi) {if (lo >= hi) {return;}int lt = lo, i = lo + 1, gt = hi;Comparable el = array[lo];while (i <= gt) {int tmp = el.compareTo(array[i]);if (tmp > 0) {exch(array, lt++, i++);} else if (tmp < 0) {exch(array, i, gt--);} else {i++;}}quickSort(array, lo, lt - 1);quickSort(array, gt + 1, hi);}}
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最后（点关注，不迷路）
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