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快速排序（Quick Sort）是一种高效的排序算法，它的平均时间复杂度为O(n log n)。然而，在某些情况下，快速排序可能表现不佳，特别是在输入数据近乎有序或包含大量重复元素时。为了解决这些问题，我们可以对快速排序进行一些优化。本文将介绍Java语言中如何使用随机取样、三数取中和插入排序等优化技巧来提高快速排序的性能。
快速排序基础
快速排序的基本思想是选择一个基准元素（pivot），将数组分成两个子数组，小于基准的元素放在左边，大于基准的元素放在右边，然后对这两个子数组递归地进行排序。
public static void quickSort(int[] arr){ quick(arr,0,arr.length-1);}private static void quick(int[] arr,int start,int end){ if (start>=end){ return; } int pivot=partition(arr,start,end); quick(arr,start,pivot-1); quick(arr,pivot+1,end);}private static int partition(int[] arr,int left,int right ){ int tmp=arr[left]; while (left=tmp){ right--; } arr[left]=arr[right]; while (left 优化1：随机取样
在快速排序中，如果每次选择的基准元素都是数组的最左边或最右边，那么在输入数据接近有序时，性能会下降。为了解决这个问题，我们可以随机选择基准元素。
private static void quick(int[] arr,int start,int end){ if (start>=end){ return; } int randomIndex = getRandomIndex(start, end); swap(arr, start, randomIndex); int pivot=partition(arr,start,end); quick(arr,start,pivot-1); quick(arr,pivot+1,end);}public int getRandomIndex(int low, int high) { Random rand = new Random(); return rand.nextInt(high - low + 1) + low;}随机选择基准元素可以减小快速排序在特定输入下的性能波动。
优化2：三数取中
另一个性能优化的方法是选择中位数作为基准元素。这可以避免最坏情况下的快速排序性能下降。
private static void quick(int[] arr,int start,int end){ if (start>=end){ return; } //三数取中法 int index=midThree(arr,start,end); int tmp=arr[start]; arr[start]=arr[index]; arr[index]=tmp; int pivot=partition1(arr,start,end); quick(arr,start,pivot-1); quick(arr,pivot+1,end);}private static int midThree(int[] arr,int left,int right){ int mid=(left+right)/2; if (arr[left]arr[right]){ return right; }else { return mid; } }else { //arr[left]>right if (arr[mid]arr[left]){ return left; }else { return mid; } }} 三数取中的方法可以有效地避免快速排序的最坏情况，提高了算法的稳定性。
优化3：插入排序
对于小规模的数组，快速排序的递归开销可能会变得显著。在这种情况下，使用插入排序可以提高性能。
private static void quick(int[] arr,int start,int end){ if (start>=end){ return; } if(end-start+1<=14){ //插入排序 insertSort2(arr, start, end); return; } //三数取中法 int index=midThree(arr,start,end); int tmp=arr[start]; arr[start]=arr[index]; arr[index]=tmp; int pivot=partition(arr,start,end); quick(arr,start,pivot-1); quick(arr,pivot+1,end); } public static void insertSort2(int[] arr,int start,int end){ for (int i = start; i <= end; i++) { int temp=arr[i]; int j=i-1; while (j>=0&&arr[j]>temp){ arr[j+1]=arr[j]; j--; } arr[j+1]=temp; } } private static int midThree(int[] arr,int left,int right){ int mid=(left+right)/2; if (arr[left]arr[right]){ return right; }else { return mid; } }else { //arr[left]>right if (arr[mid]arr[left]){ return left; }else { return mid; } } } private static int partition(int[] arr,int left,int right ){ int tmp=arr[left]; while (left=tmp){ right--; } arr[left]=arr[right]; while (left 注意：代码里的小于14长度是我自己规定的，各位友友可以自己定义小数组的长度~~
插入排序在小规模数组上的性能通常比快速排序更好~~
总结：
在Java中，优化快速排序的方法包括随机取样、三数取中和插入排序。这些优化可以改善快速排序在各种输入情况下的性能表现，使其成为一种强大而高效的排序算法。通过合理地选择这些优化技巧，可以根据实际需求来提高算法的性能。喜欢的友友可以关注一下博主噢🤩
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