快速排序：深入解析 Swift 中的高效算法

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2023-11-27 05:55:07

快速排序：Swift 中的高效数组排序

简介

在软件开发中，数据结构和算法是构建可靠、高效应用程序的关键。在众多的排序算法中，快速排序脱颖而出，以其高效和广泛的适用性著称。本文将深入探讨快速排序在 Swift 中的实现，阐明其核心原理并提供代码示例。

快速排序的原理

快速排序是一种分组排序算法，与归并排序类似。它的工作原理如下：

选择一个支点元素（pivot）作为数组的分隔点。
将数组分为三部分：[小于支点的元素 | 支点 | 大于支点的元素]。
递归地对三部分中的两部分（小于支点和大于支点的部分）执行相同的操作。

两种分组方式

快速排序有两种常见的分组方式：

1. Lomuto 划分

选择最后一个元素作为支点。
将小于支点的元素移到支点左侧，大于支点的元素移到支点右侧。
交换支点与左侧最后一个较小元素的位置。

2. Hoare 划分

选择第一个元素作为支点。
使用两个指针从数组两端向中间移动。
交换指针指向的元素以确保支点在正确的位置。

Swift 中的实现

// Lomuto 划分
func quickSortLomuto(array: inout [Int], low: Int, high: Int) {
    if low < high {
        let pivot = array[high]
        var i = low - 1
        
        for j in low..<high {
            if array[j] <= pivot {
                i += 1
                array.swapAt(i, j)
            }
        }
        
        array.swapAt(i + 1, high)
        
        quickSortLomuto(array: &array, low: low, high: i)
        quickSortLomuto(array: &array, low: i + 2, high: high)
    }
}

// Hoare 划分
func quickSortHoare(array: inout [Int], low: Int, high: Int) {
    if low < high {
        var i = low - 1
        var j = high + 1
        let pivot = array[low]
        
        while true {
            repeat { i += 1 } while array[i] < pivot
            repeat { j -= 1 } while array[j] > pivot
            
            if i < j {
                array.swapAt(i, j)
            } else {
                break
            }
        }
        
        quickSortHoare(array: &array, low: low, high: j)
        quickSortHoare(array: &array, low: j + 1, high: high)
    }
}