Create quick_sort.rb (#1223)

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codes/ruby/chapter_sorting/quick_sort.rb

@@ -0,0 +1,153 @@
+=begin
+File: quick_sort.rb
+Created Time: 2024-04-01
+Author: Cy (3739004@gmail.com), Xuan Khoa Tu Nguyen (ngxktuzkai2000@gmail.com)
+=end
+
+### 快速排序类 ###
+class QuickSort
+  class << self
+    ### 哨兵划分 ###
+    def partition(nums, left, right)
+
+      # 以 nums[left] 为基准数
+      i, j = left, right
+      while i < j
+        while i < j && nums[j] >= nums[left]
+          j -= 1 # 从右向左找首个小于基准数的元素
+        end
+        while i < j && nums[i] <= nums[left]
+          i += 1 # 从左向右找首个大于基准数的元素
+        end
+        # 元素交换
+        nums[i], nums[j] = nums[j], nums[i]
+      end
+      # 将基准数交换至两子数组的分界线
+      nums[i], nums[left] = nums[left], nums[i]
+      i # 返回基准数的索引
+    end
+
+    ### 快速排序类 ###
+    def quick_sort(nums, left, right)
+      # 子数组长度不为 1 时递归
+      if left < right
+        # 哨兵划分
+        pivot = partition(nums, left, right)
+        # 递归左子数组、右子数组
+        quick_sort(nums, left, pivot - 1)
+        quick_sort(nums, pivot + 1, right)
+      end
+      nums
+    end
+  end
+end
+
+### 快速排序类（中位数优化）###
+class QuickSortMedian
+  class << self
+    ### 选取三个候选元素的中位数 ###
+    def median_three(nums, left, mid, right)
+      # 选取三个候选元素的中位数
+      _l, _m, _r = nums[left], nums[mid], nums[right]
+      # m 在 l 和 r 之间
+      return mid if (_l <= _m && _m <= _r) || (_r <= _m && _m <= _l)
+      # l 在 m 和 r 之间
+      return left if (_m <= _l && _l <= _r) || (_r <= _l && _l <= _m)
+      return right
+    end
+
+    ### 哨兵划分（三数取中值）###
+    def partition(nums, left, right)
+      ### 以 nums[left] 为基准数
+      med = median_three(nums, left, (left + right) / 2, right)
+      # 将中位数交换至数组最左断
+      nums[left], nums[med] = nums[med], nums[left]
+      i, j = left, right
+      while i < j
+        while i < j && nums[j] >= nums[left]
+          j -= 1 # 从右向左找首个小于基准数的元素
+        end
+        while i < j && nums[i] <= nums[left]
+          i += 1 # 从左向右找首个大于基准数的元素
+        end
+        # 元素交换
+        nums[i], nums[j] = nums[j], nums[i]
+      end
+      # 将基准数交换至两子数组的分界线
+      nums[i], nums[left] = nums[left], nums[i]
+      i # 返回基准数的索引
+    end
+
+    ### 快速排序 ###
+    def quick_sort(nums, left, right)
+      # 子数组长度不为 1 时递归
+      if left < right
+        # 哨兵划分
+        pivot = partition(nums, left, right)
+        # 递归左子数组、右子数组
+        quick_sort(nums, left, pivot - 1)
+        quick_sort(nums, pivot + 1, right)
+      end
+      nums
+    end
+  end
+end
+
+### 快速排序类（尾递归优化）###
+class QuickSortTailCall
+  class << self
+    ### 哨兵划分 ###
+    def partition(nums, left, right)
+      # 以 nums[left]为基准数
+      i = left
+      j = right
+      while i < j
+        while i < j && nums[j] >= nums[left]
+          j -= 1 # 从右向左找首个小于基准数的元素
+        end
+        while i < j && nums[i] <= nums[left]
+          i += 1 # 从左向右找首个大于基准数的元素
+        end
+        # 元素交换
+        nums[i], nums[j] = nums[j], nums[i]
+      end
+      # 将基准数交换至两子数组的分界线
+      nums[i], nums[left] = nums[left], nums[i]
+      i # 返回基准数的索引
+    end
+
+    ### 快速排序（尾递归优化）
+    def quick_sort(nums, left, right)
+      # 子数组长度不为 1 时递归
+      while left < right
+        # 哨兵划分
+        pivot = partition(nums, left, right)
+        # 对两个子数组中较短的那个执行快速排序
+        if pivot - left < right - pivot
+          quick_sort(nums, left, pivot - 1)
+          left = pivot + 1 # 剩余未排序区间为 [pivot + 1, right]
+        else
+          quick_sort(nums, pivot + 1, right)
+          right = pivot - 1 # 剩余未排序区间为 [left, pivot - 1]
+        end
+      end
+    end
+  end
+end
+
+### Driver Code ###
+
+if __FILE__ == $0
+  # 快速排序
+  nums = [2, 4, 1, 0, 3, 5]
+  QuickSort.quick_sort(nums, 0, nums.length - 1)
+  puts "快速排序完成后 nums = #{nums}"
+  # 快速排序（中位基准数优化）
+  nums1 = [2, 4, 1, 0, 3, 5]
+  QuickSortMedian.quick_sort(nums1, 0, nums1.length - 1)
+  puts "快速排序（中位基准数优化）完成后 nums1 = #{nums1}"
+  # 快速排序（尾递归优化）
+  nums2 = [2, 4, 1, 0, 3, 5]
+  QuickSortTailCall.quick_sort(nums2, 0, nums2.length - 1)
+  puts "快速排序（尾递归优化）完成后 nums2 = #{nums2}"
+end