Python實(shí)現(xiàn)的快速排序算法詳解

Python實(shí)現(xiàn)的快速排序算法詳解

創(chuàng)新互聯(lián)公司專注于塔河企業(yè)網(wǎng)站建設(shè),響應(yīng)式網(wǎng)站開發(fā),商城網(wǎng)站建設(shè)。塔河網(wǎng)站建設(shè)公司,為塔河等地區(qū)提供建站服務(wù)。全流程按需策劃，專業(yè)設(shè)計，全程項(xiàng)目跟蹤，創(chuàng)新互聯(lián)公司專業(yè)和態(tài)度為您提供的服務(wù)

本文實(shí)例講述了Python實(shí)現(xiàn)的快速排序算法。分享給大家供大家參考，具體如下：

快速排序基本思想是：通過一趟排序?qū)⒁判虻臄?shù)據(jù)分割成獨(dú)立的兩部分，其中一部分的所有數(shù)據(jù)都比另外一部分的所有數(shù)據(jù)都要小，然后再按此方法對這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)分別進(jìn)行快速排序，整個排序過程可以遞歸進(jìn)行，以此達(dá)到整個數(shù)據(jù)變成有序序列。

如序列[6，8，1，4，3，9]，選擇6作為基準(zhǔn)數(shù)。從右向左掃描，尋找比基準(zhǔn)數(shù)小的數(shù)字為3，交換6和3的位置，[3，8，1，4，6，9]，接著從左向右掃描，尋找比基準(zhǔn)數(shù)大的數(shù)字為8，交換6和8的位置，[3，6，1，4，8，9]。重復(fù)上述過程，直到基準(zhǔn)數(shù)左邊的數(shù)字都比其小，右邊的數(shù)字都比其大。然后分別對基準(zhǔn)數(shù)左邊和右邊的序列遞歸進(jìn)行上述方法。

實(shí)現(xiàn)代碼如下：

def parttion(v, left, right):

key = v[left]

low = left

high = right

while low high:

while (low high) and (v[high] = key):

high -= 1

v[low] = v[high]

while (low high) and (v[low] = key):

low += 1

v[high] = v[low]

v[low] = key

return low

def quicksort(v, left, right):

if left right:

p = parttion(v, left, right)

quicksort(v, left, p-1)

quicksort(v, p+1, right)

return v

s = [6, 8, 1, 4, 3, 9, 5, 4, 11, 2, 2, 15, 6]

print("before sort:",s)

s1 = quicksort(s, left = 0, right = len(s) - 1)

print("after sort:",s1)

運(yùn)行結(jié)果：

before sort: [6, 8, 1, 4, 3, 9, 5, 4, 11, 2, 2, 15, 6]

after sort: [1, 2, 2, 3, 4, 4, 5, 6, 6, 8, 9, 11, 15]

為什么python內(nèi)置的sort比自己寫的快速排序快100倍？

主要原因，內(nèi)置函數(shù)用C寫的。在Python語言內(nèi)無論如何造不出內(nèi)置函數(shù)的輪子。這也是通常C跟C++語言用戶更喜歡造基礎(chǔ)算法的輪了的原因。因?yàn)镃/C++用戶真有條件寫出匹敵標(biāo)準(zhǔn)庫的算法，但很多高級語言不行，不是程序員技術(shù)差，是客觀條件就根本做不到。

你比如說Java語言沒人造字符串的輪子，C++光一個字符串類就有無數(shù)多的實(shí)現(xiàn)。是因?yàn)镃+用戶更喜歡寫字符串類嗎？顯然不是，一方面是因?yàn)镴ava語言內(nèi)沒法造出匹敵Java內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)庫算法的輪子，而C++真的可以，另外一個比較慘的原因是C++標(biāo)準(zhǔn)庫的字符串功能太弱了，大多數(shù)高級語言的字符串類功能都比C+標(biāo)準(zhǔn)庫字符串類功能更強(qiáng)。

寫C++的時候一大錯覺就是我覺著我能比標(biāo)準(zhǔn)庫還快，同樣的道理放在Python里面也同樣適用，不管是Python各種常用package或內(nèi)建函數(shù)，基本上都針對實(shí)用場景作了優(yōu)化，自己手寫的算法一般是比不上內(nèi)建算法效率的，這也是為什么用Python時不鼓勵自己造輪子的原因。

回到這個問題，Python內(nèi)建的sort本質(zhì)上為C實(shí)現(xiàn)的函數(shù)，本身執(zhí)行效率就會比Python快很多，并且會根據(jù)不同的數(shù)據(jù)規(guī)模采用不同的排序算法，故效率一般都會優(yōu)于自己在Python里面手寫的排序更何況題主寫的是基于遞歸的quicksort9，額外時間開銷大。

因?yàn)閜ython內(nèi)置的sort是用c語言寫的，如果你用c語言或者c++寫的話肯定是可以做到一樣快的至于為什么python計算效率比c語言能慢100倍這個具體的原理我不清楚，不過鑒于知乎上已經(jīng)有很多大佬解釋過這個問題，我就不在這里班門弄斧了

還有底下扯timsort的，快排序是所有比較排序算法里平均性能最優(yōu)的一族算法，像C++和rust里的unstable_sort都是用的快排序?？赡茉谝恍┣闆r下，比如數(shù)組幾乎有序時，timsort會比快排序快。但是你隨便給一個數(shù)組，比如像題主那樣隨機(jī)一個一百萬大小的數(shù)然后排序，timsort是絕對不可能比快排序快的。絕對不可能?？斓倪@100倍和timsort屁關(guān)系都沒有。

我是C/C++程序員，我可以很負(fù)責(zé)的告訴你，在用天下現(xiàn)有所有高級語言進(jìn)行排序的問題上，C要是認(rèn)了第二，則沒人敢認(rèn)第一。所以，我猜，Python以及好多其他高級語言，都會時不時直接上C語言寫的靜態(tài)庫和動態(tài)庫。我自己也造了不少輪子，有部分是因?yàn)閯倓偲鸩?，對系統(tǒng)API和函數(shù)庫不熟悉，找不到適合的，所以自己造輪子，后來發(fā)現(xiàn)了有更好的，我把我寫的拋棄了。但這里也不排除有一部分是因?yàn)槲覀€人覺得還有優(yōu)化的空間，所以自己用C語言重新造了一個輪子，這樣效率比現(xiàn)成的更優(yōu)。

所以說，要論高級語言的鼻祖，還真非C莫屬，從執(zhí)行效率上講，別說python，JAVA，C#，VB，甚至C的親兒子C++，在同一個程序員手中，都沒法與C抗衡，所以說，這些語言都是排著隊(duì)等著被C吊打的，也正因?yàn)槿绱?，所以，像python這類高級語言，有自帶函數(shù)可用的，最好別想著自己重新造輪子，因?yàn)槟悴豢赡茉斐霰茸詭Ш瘮?shù)更快的輪子。

內(nèi)置庫函數(shù)都是用C實(shí)現(xiàn)的，肯定要比手寫的Python程序執(zhí)行效率更高，此外內(nèi)置排序Timsort相比本科課程上學(xué)的時間復(fù)雜度為Onlogn的排序算法做了很多常數(shù)優(yōu)化，所以對于普通人而言，不要希望純手寫出來的東西效率能和標(biāo)準(zhǔn)庫相當(dāng)了。另外，題主寫的排序是過不了LeetCode上的裸排序題目的，隨機(jī)選取pivot對于快速排序是最基本的優(yōu)化雖然題主排的是隨機(jī)數(shù)，現(xiàn)在這么選肯定不是效率低的主要原因。

所以說了，py幾乎得把自己的循環(huán)體拆了，這就是py和c/c++的性能差距，必須盡量用內(nèi)置函數(shù)和numpy來處理數(shù)據(jù)，一旦手寫循環(huán)體。，那你就得知道這可能得慢百倍，像用opency的py版時你不小心寫個雙循環(huán)來處理數(shù)據(jù)，那酸爽，而cppc#搞opencv就能隨意用指針來寫循環(huán)，這也是為啥他們其實(shí)不需要numpy這種組件，自身就有足夠的性能和靈活度來處理這個。

Cpp內(nèi)置的排序是快排和堆排的結(jié)合，最壞時間復(fù)雜度為nlogn，而快排最壞是n2。至于python內(nèi)部的排序，我認(rèn)為是一個道理，不會簡簡單單是一個快排，舉個簡單例子，當(dāng)你數(shù)據(jù)已經(jīng)是有序的時候，再傳入快排肯定就不合適。那你設(shè)置排序函數(shù)的時候，是不是預(yù)先將他打亂，再進(jìn)行快排會更好呢。當(dāng)然具體不會這么簡單，只是我認(rèn)為官方給的接口都是很精妙的，很值得學(xué)習(xí)。

一方面Python中sort函數(shù)是用C語言寫的，C++內(nèi)部的sort是由快排，直接插入和堆排序混合的，當(dāng)數(shù)據(jù)量比較大的時候先用的快排，當(dāng)數(shù)據(jù)量小的時候用直接插入，因?yàn)楫?dāng)數(shù)據(jù)量變小時，快排中的每個部分基本有序，接近直接插入的最好情況的時間復(fù)雜度O（n），就比快排要好一點(diǎn)了。

另外一方面這個的底層實(shí)現(xiàn)就是歸并排序。，只是使用了Python無法編寫的底層實(shí)現(xiàn)，從而避免了Python本身附加的大量開銷，速度比我們自己寫的歸并排序要快很多，所以說我們一般排序都盡量使用sorted和sort。

python 內(nèi)置排序函數(shù)使用

python內(nèi)置關(guān)于排序的工具主要有兩個一個是列表自帶的 sort() 方法，另外一個是 sorted() 函數(shù)。Python 列表內(nèi)置方法可以直接修改列表。而 sorted() 內(nèi)置函數(shù)從一個可迭代對象（列表，元組等都可以）構(gòu)建一個新的排序列表。其函數(shù)原型分別如下：

對列表進(jìn)行默認(rèn)排序

從函數(shù)原型來看，可以看到兩者都具有兩個可選參數(shù)，它們都必須指定為關(guān)鍵字參數(shù)。

key 指定帶有單個參數(shù)的函數(shù)，用于從 iterable 的每個元素中提取用于比較的鍵 (例如 key=str.lower)。默認(rèn)值為 None (直接比較元素)。 key 形參的值應(yīng)該是個函數(shù)（或其他可調(diào)用對象），它接受一個參數(shù)并返回一個用于排序的鍵。

假設(shè)有其他類型的變量，比如一個自定義的類或者列表中又是一個列表。以官網(wǎng)例子為例有這樣一個列表，其元素為元組，

可以用以下方式按照年齡排序

類似的有自定義類

可以用如下方式進(jìn)行排序

也可以顯示定義一個函數(shù)，且只有一個參數(shù)，返回用于排序的鍵，比如

總之就是定義一個函數(shù)返回一個用于排序的鍵，可以用lambda函數(shù)或者 def 定義都可以。

上面實(shí)現(xiàn)的簡單函數(shù)實(shí)際就是實(shí)現(xiàn)了返回一個有序結(jié)構(gòu)的第 n 的元素，或者某個類中的某個屬性，因此 Python 提供了便利功能，使訪問器功能更容易，更快捷。operator 模塊有 itemgetter() 、 attrgetter() 函數(shù)。分別完成返回第 n 個元素，某個屬性功能。上面的排序可以用如下方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)

在python2中，sort有一個 cmp 參數(shù)，即用一個函數(shù)來自定義比較，在python3中這種方式被取消。為了繼承類似的用法，在 Python 3.2 中， functools.cmp_to_key() 函數(shù)被添加到標(biāo)準(zhǔn)庫中的 functools 模塊中。

這種作用先定義如何比較兩個變量，以上面的學(xué)生列表按照年齡排序?yàn)槔?/p>

這種做法自定義比較函數(shù)接收兩個形參，返回比較結(jié)果（bool），而新式方法接受一個參數(shù)，返回的是比較的鍵。

假設(shè)有字典 d = {'b':2, 'a':1,'c':8,'d':4} ，則可以通過以下方式對字典按照鍵和值進(jìn)行排序

分享名稱：python快排函數(shù) python快排源碼
鏈接地址：http://jinyejixie.com/article18/dopsdgp.html

成都網(wǎng)站建設(shè)公司_創(chuàng)新互聯(lián)，為您提供App開發(fā)、云服務(wù)器、Google、ChatGPT、、標(biāo)簽優(yōu)化

廣告

聲明：本網(wǎng)站發(fā)布的內(nèi)容（圖片、視頻和文字）以用戶投稿、用戶轉(zhuǎn)載內(nèi)容為主，如果涉及侵權(quán)請盡快告知，我們將會在第一時間刪除。文章觀點(diǎn)不代表本網(wǎng)站立場，如需處理請聯(lián)系客服。電話：028-86922220；郵箱：631063699@qq.com。內(nèi)容未經(jīng)允許不得轉(zhuǎn)載，或轉(zhuǎn)載時需注明來源： 創(chuàng)新互聯(lián)