C/C++アルゴリズム

クイックソート

Pivotを確定位置へ置き、両partitionを再帰的にsortします。

クイックソートとは？

Pivotを確定位置へ置き、両partitionを再帰的にsortします。

Pivotを基準にvalueをpartitionします。

重要なポイント

空、1要素、重複、ソート済み入力をテストします。
正しさと最適化を分けます。
実務ではstandard libraryを優先します。

クイックソートのビジュアライザー

O(n log n)

再生またはステップを使って、比較とデータ移動を順に確認できます。

CとC++のコード例

実行 →

main.c

#include <stdio.h>

void swap(int *left, int *right) {
    int temporary = *left;
    *left = *right;
    *right = temporary;
}

int partition(int *values, int low, int high) {
    int pivot = values[high];
    int boundary = low;
    for (int scan = low; scan < high; ++scan) {
        if (values[scan] < pivot) {
            swap(&values[boundary++], &values[scan]);
        }
    }
    swap(&values[boundary], &values[high]);
    return boundary;
}

void quick_sort(int *values, int low, int high) {
    if (low >= high) return;
    int pivot = partition(values, low, high);
    quick_sort(values, low, pivot - 1);
    quick_sort(values, pivot + 1, high);
}

int main(void) {
    int values[] = {9, 4, 7, 3, 10, 5};
    quick_sort(values, 0, 5);
    for (int index = 0; index < 6; ++index) {
        printf("%d ", values[index]);
    }
}

期待される出力

3 4 5 7 9 10

C++

実行 →

main.cpp

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>

template<class Iterator>
void quick_sort(Iterator first, Iterator last) {
    if (last - first < 2) return;
    auto pivot = *(last - 1);
    auto middle = std::partition(first, last - 1,
        [pivot](int value) { return value < pivot; });
    std::iter_swap(middle, last - 1);
    quick_sort(first, middle);
    quick_sort(middle + 1, last);
}

int main() {
    std::vector values{9, 4, 7, 3, 10, 5};
    quick_sort(values.begin(), values.end());
    for (int value : values) {
        std::cout << value << ' ';
    }
}

期待される出力

3 4 5 7 9 10

CとC++の比較

平均O(n log n)、悪いpivotではO(n²)。C++はstd::partitionでpartition処理を表します。

loop、pointer、length、bufferを明示します。

C++

iteratorとalgorithmが操作と格納方法を分離します。

練習課題

両方を実行して変更し、言語ごとの保証を確認します。

各比較を手で追跡します。
重複と極値をテストします。
standard libraryとbenchmarkします。