p5.js | 快速排序

简介

快速排序（Quicksort）是一种常用的排序算法，属于交换排序的一种。由于快速排序在大多数情况下具有稳定性好、效率高的特点，常常被采用用于排序领域。本文将介绍如何使用 p5.js 实现快速排序算法。

原理

快速排序的基本思想是选择一个基准元素，将序列中小于该基准元素的值放到左边，大于该基准元素的值放到右边，然后递归地重复该过程，直至整个序列有序。

快速排序的时间复杂度为 O(n*log(n))，但最坏情况下的时间复杂度为 O(n^2)，因此为了避免最坏情况的出现，可以采用随机选择基准元素的方法。

实现

整体结构

我们可以把快速排序分为三个部分：

1. 选择基准元素
2. 划分序列，将小于基准元素的值放到左边，大于基准元素的值放到右边
3. 对左右两部分递归排序

代码如下：

function quickSort(arr) {
  if (arr.length <= 1) {
    return arr;
  }
  var pivotIndex = Math.floor(Math.random() * arr.length);
  var pivot = arr[pivotIndex];
  var less = [];
  var greater = [];
  for (var i = 0; i < arr.length; i++) {
    if (i === pivotIndex) {
      continue;
    }
    if (arr[i] < pivot) {
      less.push(arr[i]);
    } else {
      greater.push(arr[i]);
    }
  }
  return quickSort(less).concat([pivot], quickSort(greater));
}

绘制

为了方便观察快速排序的过程，我们可以使用 p5.js 来绘制序列，并在每一次划分后重新绘制序列。具体绘制过程如下：

var arr = [3, 7, 4, 9, 5, 2, 6, 1, 8];

function setup() {
  createCanvas(800, 600);
  frameRate(10);
}

function draw() {
  background(255);
  textSize(32);
  textAlign(CENTER, CENTER);
  for (var i = 0; i < arr.length; i++) {
    var x = map(i, 0, arr.length, 50, width - 50);
    var y = map(arr[i], 1, arr.length, 50, height - 50);
    text(arr[i], x, y);
  }
  arr = quickSort(arr);
}

运行

我们可以将上面的代码保存为 sketch.js 文件，并将它和 p5.js 的库文件一起放到一个文件夹中，在浏览器中打开 index.html 文件即可看到排序的过程。

效果

总结

本文介绍了如何使用 p5.js 实现快速排序算法，并通过可视化的方式展示了排序的过程。需要注意的是，最坏情况下快速排序的时间复杂度为 O(n^2)，因此在实际应用中需要采取一些方法来避免最坏情况的出现。