[排序法] Dual-Pivot Quicksort 對決 Timsort

目的

尋找一個合適的排序方法能夠顯著提升整體系統的效能,無論是在網頁開發或是嵌入式系統中,這都是一個相當重要的議題。然而,盲目地比較每一種常見的排序方法既耗時又低效。今天,我們將以 Java 為例,探究它為何選擇特定的排序策略作為其底層邏輯,希望能為我們自己選擇最優排序方法提供一些啟示。

問題

在 Java 中,Arrays.sort() 方法對原始資料類型(如 int、long、byte、char 等)使用雙軸快速排序算法(Dual-Pivot Quicksort)。對於物件類型(如 Integer、String 等),則使用 TimSort 算法。為什麼??

分析
雙軸快速排序(Dual-Pivot Quicksort):

這種快速排序的變體被用於原始資料類型(如int、long、byte、char等),主要原因是它在處理這類資料時非常有效率。 與傳統的單軸快速排序相比,雙軸快速排序能更好地處理大量重複元素的數組,且平均性能更優
原始資料類型的比較和交換操作成本較低,因此使用快速排序可以獲得更好的效能。 雙軸快速排序透過選擇兩個軸(pivot)來進一步優化這個過程,減少了遞歸深度並且更有效地處理了陣列。

TimSort:

對於物件類型(如Integer、String等),Java 使用 TimSort 演算法,這是一種自適應、穩定的排序演算法,特別適合處理那些部分已排序的序列。 TimSort 是歸併排序的最佳化版本,它利用了自然排序的序列,即數組中已經有序的部分,從而減少了所需的比較和移動次數
在物件陣列中,比較成本(尤其是像字串這樣的複雜物件)通常要高於原始類型,因此穩定性和減少比較次數變得特別重要。 TimSort 透過最小化比較次數和維持已有順序的穩定性,提供了優秀的效能。

參考連結

Tim Sort Graphic Tutorial

The FASTEST sorting algorithm: Part 1 – TimSort

Learn Quick Sort in 13 minutes