快速排序（Quick Sort）是一种高效的排序算法，它基于分治策略，将一个大问题分解成多个小问题，然后递归解决这些小问题。本文将介绍快速排序算法的原理，并提供三种不同的 Java 实现方式，以帮助你更好地理解这个算法。

快速排序原理

快速排序的核心思想是选取一个基准元素，然后将数组中小于基准的元素移到基准的左边，大于基准的元素移到基准的右边。接着，对左右两个子数组分别递归地应用相同的算法，直到整个数组有序。

下面是快速排序的基本步骤：

1. 选择一个基准元素（通常选择第一个或最后一个元素）。
2. 将数组分成两个子数组：小于基准的元素和大于基准的元素。
3. 递归地对子数组进行排序。
4. 合并子数组和基准元素，得到最终排序后的数组。

第一种实现：使用递归

public class QuickSort {
    public static void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
        if (low < high) {
            int pivotIndex = partition(arr, low, high);
            quickSort(arr, low, pivotIndex - 1);
            quickSort(arr, pivotIndex + 1, high);
        }
    }

    public static int partition(int[] arr, int low, int high) {
        int pivot = arr[low];
        int left = low + 1;
        int right = high;

        while (true) {
            while (left <= right && arr[left] < pivot) {
                left++;
            }
            while (left <= right && arr[right] > pivot) {
                right--;
            }
            if (left <= right) {
                int temp = arr[left];
                arr[left] = arr[right];
                arr[right] = temp;
            } else {
                break;
            }
        }

        int temp = arr[low];
        arr[low] = arr[right];
        arr[right] = temp;
        return right;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {5, 2, 9, 3, 4, 6};
        quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}

第二种实现：使用Stack

import java.util.Arrays;
import java.util.Stack;

public class QuickSortUsingStack {
    public static void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        stack.push(low);
        stack.push(high);

        while (!stack.isEmpty()) {
            high = stack.pop();
            low = stack.pop();

            int pivotIndex = partition(arr, low, high);

            if (pivotIndex - 1 > low) {
                stack.push(low);
                stack.push(pivotIndex - 1);
            }
            if (pivotIndex + 1 < high) {
                stack.push(pivotIndex + 1);
                stack.push(high);
            }
        }
    }

    public static int partition(int[] arr, int low, int high) {
        // 与第一种实现相同
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {5, 2, 9, 3, 4, 6};
        quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}

第三种实现：使用Lambdas

import java.util.Arrays;
import java.util.function.Predicate;

public class QuickSortUsingLambdas {
    public static void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
        if (low < high) {
            int pivotIndex = partition(arr, low, high);
            quickSort(arr, low, pivotIndex - 1);
            quickSort(arr, pivotIndex + 1, high);
        }
    }

    public static int partition(int[] arr, int low, int high) {
        // 与第一种实现相同
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {5, 2, 9, 3, 4, 6};
        quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}

总结

快速排序是一种高效的排序算法，它的性能在平均情况下非常好。本文提供了三种不同的 Java 实现方式，包括递归、使用栈和使用Lambda表达式。你可以根据自己的需求选择合适的实现方式。

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