快速排序（簡稱快排）：在待排序數組中確定一個基準值（pivot），一次排序后將所有小于基準值的數移動至基準值左側，大于基準值的數據移動至基準值右側，這樣基準值所在的位置就是最終排序后其應在位置。根據分治、遞歸的思想，對左右兩側數據遞歸上面的操作，直至區間縮小為1，所有的數據就都有序了。

基準值的選取方法是很關鍵的（比如三元選取，隨機選取等），但是并屬于該篇博客的講解范圍，所以下面為了解釋方便，基準值暫定的比較隨意，大家諒解 ~

單路快排

核心思想：基準值定為最右邊，i和j從最左邊開始，如果j小于基準值，則i和j交換位置，并且i++，j++。否則i保持不動，j++。最終當j移動到基準值所在位置后，基準值與i交換位置。

單路快排圖示（*注：該圖來自極客時間）

單路排序數據交換流程

名詞解釋 -- 穩定性：經過某種排序算法之后，如果相同值的數據，前后順序沒有發生改變，我們就把這種算法叫做穩定的排序算法。

猜想一

得出結論：基準值必需是j移動的結尾，因為最終需要一次基準值和i的交換位置

代碼實現：

    public static void quickSortSingle(int[] arr, int left, int right) {
        if (left > right)
            return;

        int pivot = arr[right];
        int i = 0, j = 0;
        while (j < right) {
            while (j < right && arr[j] <= pivot) {//如果"哨兵"j小于基準值，則"哨兵"i與"哨兵"j交換位置
                swap(arr, i, j);
                i++;
                j++;
            }
            j++;
        }
        //此時"哨兵"j移動到最右側，基準值與哨兵"i"所在位置的值進行交換
        swap(arr, i, right);

        quickSortSingle(arr, left, i - 1);
        quickSortSingle(arr, i + 1, right);
    }

    private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
        int tmp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = tmp;
    }

雙路快排

核心思想：基準值在最左邊，“哨兵”i在最左邊，“哨兵”j在最右邊，從右邊（注意要從右邊開始，下面會有說明）先開始（j--），如果“哨兵”j所在的數據小于基準值則停止；“哨兵”i開始（i++），如果“哨兵”i所在的數據大于基準值則停止，i與j交換位置；如果i和j相遇，則基準值與i或j（因為兩者現在一致）交換位置。

雙路排序數據交換流程

猜想二

代碼實現：

    public static void quickSortDual(int[] arr, int left, int right) {
        if (left > right)
            return;

        int pivot = arr[left];//基準值
        int i = left;//左側"哨兵"
        int j = right;//右側"哨兵"
        while (i != j) {//注意：要從基準值所在側的另外一側開始
            while (arr[j] >= pivot && i < j)//如果右側出現了比基準值小的元素，則"哨兵"j停留
                j--;
            while (arr[i] <= pivot && i < j)//如果左側出現了比基準值小的元素，則"哨兵"i停留
                i++;
            if (i < j) {//如果"哨兵"i與j沒有相遇則交換其所在位置的數據
                int tmp = arr[i];
                arr[i] = arr[j];
                arr[j] = tmp;
            }
        }
        //此時"哨兵"i與j相遇，交換基準值與該相遇點的數據
        arr[left] = arr[i];
        arr[i] = pivot;

        quickSortDual(arr, left, i - 1);//遞歸的處理左側數據
        quickSortDual(arr, i + 1, right);//遞歸的處理右側數據
    }

三路快排

核心思想：基準值在最左邊，“哨兵”i在基準值右側加1的位置，“哨兵”j在最右邊，從基準值右側加1的位置開始往后遍歷，如果遍歷到的當前值小于基準值，則當前值與左側"哨兵"交換位置，左側"哨兵"進一，反之，則當前值與右側"哨兵"交換位置，左側"哨兵"退一。

三路排序數據交換流程

代碼實現：

    public static void quickSortThreeWay(int[] arr, int left, int right) {
        if (left > right)
            return;

        int pivot = arr[left];//基準值
        int i = left;//左側"哨兵"
        int j = right + 1;//右側"哨兵"
        int index = left + 1;
        while (index < j) {
            if (arr[index] < pivot) {//如果當前值小于基準值，則當前值與左側"哨兵"交換位置，左側"哨兵"進一
                swap(arr, index, i + 1);
                i++;
                index++;
            } else if (arr[index] > pivot) {//如果當前值大于基準值，則當前值與右側"哨兵"交換位置，左側"哨兵"退一
                swap(arr, index, j - 1);
                j--;
            } else {
                index++;
            }
        }

        swap(arr, left, i);

        quickSortSingle(arr, left, i - 1);
        quickSortSingle(arr, j, right);
    }

    private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
        int tmp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = tmp;
    }