Javaでのクイックソートの説明

半分のコンベンション

リスト内の要素の数が偶数の場合、リストを半分にすると、リストのリテラルの前半が前半になり、リストのリテラルの後半が後半になります。リスト全体の中央（中央）要素は、最初のリストの最後の要素です。これは、インデックスのカウントがゼロから始まるため、中央のインデックスが長さ/ 2 –1であることを意味します。長さは、リスト内の要素の数です。たとえば、要素の数が8の場合、リストの前半には4つの要素があり、リストの後半にも4つの要素があります。それは結構です。インデックスのカウントは0から始まるため、中央のインデックスは3 = 8/2 –1です。

リストまたはサブリストの要素数が奇数の場合はどうでしょうか。最初は、長さはまだ2で除算されています。慣例により、この除算の前半の要素数は長さ/ 2 +1/2です。インデックスのカウントはゼロから始まります。中央のインデックスは長さ/ 2 –1/2で与えられます。慣例により、これは中期と見なされます。たとえば、リスト内の要素の数が5の場合、中央のインデックスは2 = 5/2 –1/2です。また、リストの前半には3つの要素があり、後半には2つの要素があります。リスト全体の中央の要素は、インデックス2の3番目の要素です。これは、インデックスのカウントが0から始まるため、中央のインデックスです。

このような除算は整数演算の一例です。

3つの値の中央値

質問：シーケンスの中央値は何ですか：

C B A

解決：
リストを昇順で並べます。

A B C

中期Bは中央値です。他の2つの光度の間にある光度です。

リストで中央値を探すのはそのようなことではありません。たとえば、ソートされていない19個の要素のリストでは、最初の要素、中間の要素、および最後の要素の中央値が必要になる場合があります。これらの3つの値は昇順ではない場合があります。したがって、それらのインデックスを考慮に入れる必要があります。

クイックソートでは、リスト全体とサブリストの中央値が必要です。リスト（配列）内で間隔を空けて配置された3つの値の中央値を探すための擬似コードは次のとおりです。

arrという用語は配列を意味します。このコードセグメントは中央値を探し、いくつかの並べ替えも行います。このコードセグメントは単純に見えますが、かなり混乱する可能性があります。したがって、次の説明に注意してください。

このチュートリアルで並べ替えると、最初の値が最小値で、最後の値が最大値であるリストが生成されます。アルファベットの場合、AはZよりも小さくなります。

ここで、ピボットは結果の中央値です。 Lowは、リストまたはサブリストの最低のインデックスです（必ずしも最低の値である必要はありません）。 highはリストまたはサブリストの最高のインデックス（必ずしも最高値である必要はありません）であり、middleは従来の中間インデックス（必ずしもリスト全体の中間値である必要はありません）です。

したがって、取得される中央値は、最低のインデックスの値、中間のインデックスの値、および最高のインデックスの値の間にあります。

コードでは、従来のミドルインデックスが最初に取得されます。この開始時に、リストはソートされていません。 3つの値の昇順での比較といくつかの再配置は同時に行われます。最初のifステートメントは、最小のインデックスの値と中間のインデックスの値を比較します。中央のインデックスのインデックスが最も低いインデックスのインデックスよりも小さい場合、2つの値は位置を入れ替えます。これにより、並べ替えが開始され、リストまたはサブリスト内の値の配置が変更されます。 2番目のifステートメントは、最高のインデックスの値と最低のインデックスの値を比較します。最高のインデックスのそれが最低のインデックスのそれよりも小さい場合、2つの値は位置を交換します。これにより、リストまたはサブリスト内の値の配置の並べ替えと変更が行われます。 3番目のifステートメントは、中間のインデックスの値と最も高いインデックスの値を比較します。最高のインデックスのインデックスが中央のインデックスよりも小さい場合、2つの値は位置を入れ替えます。ここでも、並べ替えや再配置が行われる場合があります。この3番目のif条件は、前の2つとは異なります。

これらの3つのスワップの終了時に、問題の3つの値の中間値はA [high]になり、その元のコンテンツがコードセグメントで変更された可能性があります。たとえば、ソートされていないシーケンスについて考えてみます。

C B A

中央値がBであることはすでにわかっています。ただし、これは証明する必要があります。ここでの目的は、上記のコードセグメントを使用して、これら3つの値の中央値を取得することです。最初のifステートメントはBとCを比較します。BがCより小さい場合、BとCの位置を入れ替える必要があります。 BはCより小さいため、新しい配置は次のようになります。

B C A

最も低いインデックスと中間のインデックスの値が変更されていることに注意してください。 2番目のifステートメントはAとBを比較します。AがBより小さい場合、AとBの位置を入れ替える必要があります。 AはBより小さいため、新しい配置は次のようになります。

A C B

最高のインデックスと最低のインデックスの値が変更されていることに注意してください。 3番目のifステートメントはCとBを比較します。CがBより小さい場合、CとBの位置を入れ替える必要があります。 CはB以上であるため、スワッピングは行われません。新しい配置は以前と同じです。つまり、次のとおりです。

A C B

Bは中央値、つまりA [high]であり、ピボットです。したがって、ピボットはリストまたはサブリストの最後に生まれます。

スワッピング機能

クイックソートに必要なもう1つの機能は、スワッピング機能です。スワッピング関数は、2つの変数の値を交換します。スワッピング関数の擬似コードは次のとおりです。

ここで、xとyは実際の値を参照しており、コピーは参照していません。

この記事で並べ替えると、最初の値が最小値で、最後の値が最大値であるリストが生成されます。

記事の内容

• クイックソートアルゴリズム
• パーティションの擬似コード
• クイックソートのイラスト
• Javaコーディング
• 結論

クイックソートアルゴリズム

ソートされていないリストをソートする通常の方法は、最初の2つの値を考慮することです。整理されていない場合は、整理してください。次に、最初の3つの値について考えます。最初の2つをスキャンして、3番目の値がどこに適合するかを確認し、適切に適合させます。次に、最初の4つの値を検討します。最初の3つの値をスキャンして、4番目の値がどこに適合するかを確認し、適切に適合させます。リスト全体がソートされるまで、この手順を続けます。

コンピュータプログラミング用語では、ブルートフォースソートとも呼ばれるこの手順は遅すぎます。クイックソートアルゴリズムには、はるかに高速な手順が付属しています。

クイックソートアルゴリズムの手順は次のとおりです。

1. ソートされていないリストにソートする番号が少なくとも2つあることを確認してください。
2. ピボットと呼ばれる、リストの推定中心値を取得します。上記のように、中央値はピボットを取得する1つの方法です。さまざまな方法には、長所と短所があります。 –後で参照してください。
3. リストを分割します。つまり、ピボットをリストに配置します。このように、左側のすべての要素はピボット値より小さく、右側のすべての要素はピボット値以上です。パーティション化にはさまざまな方法があります。各パーティション方式には、長所と短所があります。分割は分割統治パラダイムで分割されています。
4. リスト全体がソートされるまで、出現する新しいサブリストのペアに対して、ステップ1、2、および3を再帰的に繰り返します。これは分割統治パラダイムで征服しています。

クイックソートの擬似コードは次のとおりです。

パーティションの擬似コード

このチュートリアルで使用されるパーティションの擬似コードは次のとおりです。

以下のクイックソートの図では、次のコードが使用されています。

クイックソートのイラスト

次のアルファベットのソートされていないリスト（配列）について考えてみます。

Q W E R T Y U I O P

検査によると、ソートされたリストは次のとおりです。

E I O P Q R T U W Y

ソートされたリストは、上記のアルゴリズムと擬似コードセグメントを使用して、ソートされていないリストから証明されます。

Q W E R T Y U I O P

最初のピボットは、arr [0] = Q、arr [4] = T、およびarr [9] = Pから決定され、Qとして識別され、リストの右端に配置されます。したがって、ピボット関数の並べ替えを含むリストは次のようになります。

P W E R T Y U I O Q

現在のピボットはQです。ピボット手順はいくつかの小さな並べ替えを行い、Pを最初の位置に配置しました。結果のリストは、左側のすべての要素の値が小さくなり、ピボットとピボットの右側のすべての要素がピボット以上になるように再配置（パーティション化）する必要があります。コンピュータは検査によるパーティショニングを行うことができません。したがって、インデックスと上記のパーティションアルゴリズムを使用して実行します。

現在、低インデックスと高インデックスは0と9です。したがって、コンピューターは、インデックス0から、ピボット以上の値のインデックスに到達するまでスキャンを開始し、そこで一時的に停止します。また、上限（右）のインデックス9から下に向かってスキャンし、ピボット以下の値のインデックスに到達して一時的に停止します。これは、2つの停止位置を意味します。低からの増分インデックス変数であるiが、高からの減少インデックス変数であるjとまだ等しくない場合、これら2つの値が交換されます。現在の状況では、両端からのスキャンはWとOで停止しています。したがって、リストは次のようになります。

P O E R T Y U I W Q

ピボットはまだQです。反対方向のスキャンは続行され、それに応じて停止します。 iがまだj以上でない場合は、両端からのスキャンが停止した2つの値が入れ替わります。今回は両端からのスキャンをRとIで停止しました。したがって、リストの配置は次のようになります。

P O E I T Y U R W Q

ピボットはまだQです。反対方向のスキャンは続行され、それに応じて停止します。 iがまだj以上でない場合、スキャンが停止した2つの値が交換されます。今回は、両端からのスキャンをT for i、I forjで停止しました。 iとjが出会ったか交差した。したがって、スワッピングはあり得ません。リストは次と同じままです。

P O E I T Y U R W Q

この時点で、ピボットQをソートの最終位置に配置する必要があります。これは、arr [i]をarr [high]と交換し、TとQを交換することによって行われます。リストは次のようになります。

P O E I Q Y U R W T

この時点で、リスト全体のパーティション分割は終了しています。ピボット= Qがその役割を果たしました。現在、次の3つのサブリストがあります。

P O E I Q Y U R W T

パーティションは、パラダイムにおける分割と征服（ソート）です。 Qは正しいソート位置にあります。 Qの左側のすべての要素はQよりも小さく、Qの右側のすべての要素はQよりも大きくなります。ただし、左側のリストはまだソートされていません。そして、正しいリストはまだソートされていません。左側のサブリストと右側のサブリストを並べ替えるには、クイックソート関数全体を再帰的に呼び出す必要があります。このクイックソートのリコールは継続する必要があります。新しいサブリストは、元のリスト全体が完全にソートされるまで開発されます。クイックソート機能を呼び出すたびに、対応する右側のサブリストに対応する前に、左側のサブリストに最初に対応します。サブリストごとに新しいピボットを取得する必要があります。

サブリストの場合：

P O E I

P、O、およびIのピボット（中央値）が決定されます。ピボットはOになります。このサブリストの場合、完全なリストに関連して、新しいarr [low]はarr [0]であり、新しいarr [high]は最後のarr [i-1] = arr [です。 4-1] = arr [3]、ここでiは前のパーティションからの最後のピボットインデックスです。ピボット（）関数が呼び出された後、新しいピボット値、ピボット= O。ピボット関数とピボット値を混同しないでください。ピボット関数は、いくつかの小さな並べ替えを実行し、サブリストの右端にピボットを配置する場合があります。このサブリストは、

I P E O

このスキームでは、ピボットは常に、関数呼び出しの後、サブリストまたはリストの右端で終了します。両端からのスキャンは、arr [0]とarr [3]から始まり、iとjが出会うか交差するまで続きます。比較はピボット= Oで行われます。最初のストップはPとEにあります。それらは交換され、新しいサブリストは次のようになります。

I E P O

両端からのスキャンが続行され、新しいストップはiの場合はPに、jの場合はEにあります。これで、iとjが出会うか交差しました。したがって、サブリストは次のようになります。

I E P O

サブリストまたはリストのパーティション化は、ピボットが最終位置に配置されたときに終了します。したがって、arr [i]とarr [high]の新しい値が交換されます。つまり、PとOが入れ替わっています。新しいサブリストは次のようになります。

I E O P

Oは、リスト全体の最終的な位置にあります。ピボットとしての役割は終了しました。サブリストは現在、さらに3つのリストに分割されています。

I E O P

この時点で、最初の右側のサブリストのクイックソートを呼び出す必要があります。ただし、呼び出されません。代わりに、後で呼び出されるように、メモされて予約されます。パーティショニング関数のステートメントが実行されていたとき、関数の先頭から、今すぐ呼び出す必要があるのは左側のサブリストのクイックソートです（pivot（）が呼び出された後）。それはリストのために呼び出されます：

NS

まず、IとEの中央値を探します。ここで、arr [low] = I、arr [mid] = I、arr [high] = Eです。したがって、中央値、ピボットは、ピボットアルゴリズムによって次のように決定する必要があります。 、I。ただし、上記のピボット擬似コードはピボットをEとして決定します。上記の擬似コードは2つではなく、3つの要素を対象としているため、このエラーがここで発生します。以下の実装では、コードにいくつかの調整があります。サブリストは、

E I

ピボットは、関数呼び出しの後、常にサブリストまたはリストの右端で終了します。両端からのスキャンは、arr [0]とarr [1]から始まり、iとjが出会うか交差するまで排他的です。比較はpivot = Iで行われます。最初で唯一の停止はIとEにあります：iの場合はIで、jの場合はEです。これで、iとjが出会うか交差しました。したがって、サブリストは次のようになります。

E I

サブリストまたはリストのパーティション化は、ピボットが最終位置に配置されたときに終了します。したがって、arr [i]とarr [high]の新しい値が交換されます。ここで、arr [i] = Iおよびarr [high] = Iが発生します。したがって、同じ値がそれ自体と交換されます。新しいサブリストは次のようになります。

E I

私は今、リスト全体の最終的な位置にいます。ピボットとしての役割は終了しました。サブリストは、さらに2つのリストに分割されます。

E I

これまでのピボットはQ、O、およびIでした。ピボットは最終的な位置で終了します。上記のPなどの単一要素のサブリストも、その最終位置で終了します。

この時点で、最初の左側のサブリストは完全にソートされています。そして、ソート手順は次のようになりました。

E I O P Q Y U R W T

最初の右のサブリスト：

Y U R W T

まだソートする必要があります。

最初の右のサブリストを征服する
最初の右側のサブリストのクイックソート呼び出しは、実行される代わりに記録され、予約されていることに注意してください。この時点で実行されます。したがって、新しいarr [low] = arr [5] = arr [QPivotIndex + 1]であり、新しいarr [high]はarr [9]のままです。最初の左側のサブリストで発生した同様の一連のアクティビティがここで発生します。そして、この最初の右のサブリストは次のようにソートされます。

R T U W Y

また、元の並べ替えられていないリストは次のように並べ替えられています。

E I O P Q R T U W Y

Javaコーディング

アルゴリズムをJavaに配置することは、上記のすべての擬似コードセグメントを1つのクラスのJavaメソッドに配置することです。ソートされていない配列でquicksort（）関数を呼び出すクラスにはmain（）メソッドが必要であることを忘れないでください。

ピボット（）メソッド

値pivotを返すJavaのpivot（）メソッドは次のようになります。

swap（）メソッド

swap（）メソッドは次のようになります。

quicksort（）メソッド

quicksort（）メソッドは次のようになります。

partition（）メソッド

partition（）メソッドは次のようになります。

main（）メソッド

main（）メソッドは次のようになります。

上記のすべてのメソッドを1つのクラスに入れることができます。

結論

クイックソートは、分割統治パラダイムを使用するソートアルゴリズムです。それは、ソートされていないリストを2つまたは3つのサブリストに分割することから始まります。このチュートリアルでは、クイックソートはリストを3つのサブリストに分割しました。左側のサブリスト、単一の要素の中央のリスト、および右側のサブリストです。クイックソートでの征服とは、ピボット値を使用して、リストまたはサブリストを並べ替えるときに分割することです。このチュートリアルでは、Javaコンピューター言語でのクイックソートの1つの実装について説明しました。

著者について

Chrysanthus Forcha

第一原理と関連シリーズからの数学統合の発見者。電子工学とコンピュータソフトウェアを専門とする技術教育の修士号。 BScエレクトロニクス。私はまた、コンピューティングと電気通信の修士レベルでの知識と経験を持っています。 20,000人の作家のうち、私はdevarticles.comで37番目に優れた作家でした。私はこれらの分野で10年以上働いています。

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