快速排序（Quick Sort）是一种常用的排序算法，它的时间复杂度为O(nlogn)，是在平均情况下具有良好性能的排序算法之一。

一、原理

快速排序算法采用了分治的思想，将一个大问题分解成若干个小问题来解决。其基本思路是选取一个基准元素，将数组分成两个子序列，其中一个子序列的所有元素都小于基准元素，另一个子序列的所有元素都大于或等于基准元素。然后再对这两个子序列进行递归操作，直到所有序列长度为1时排序完成。

快速排序的平均时间复杂度为O(nlogn)，最坏情况下的时间复杂度为O(n^2)，其中n为待排序的元素个数。快速排序对于大规模数据的排序效率比较高，是常用排序算法之一。

二、快速排序算法实现过程

快速排序的实现需要完成以下几步：

1. 选择序列中的一个元素作为基准值（pivot），通常选择首个元素或末尾元素作为基准值；
2. 将低于基准元素的放到左边，高于或等于基准元素的放到右边。
3. 对基准值左右两侧的子序列分别重复上述步骤，直到所有元素均被排完序为止。

2.1 选择基准元素

选择基准元素是快速排序的第一步，其目的是将待排序数组分成两个子序列。最常用的方法是选取第一个元素作为基准元素。但是，如果待排序数组已经有序或近乎有序，那么选取第一个元素就会导致快速排序的时间复杂度变为O(n^2)。为了解决这个问题，可以采用随机化的方法来选择基准元素。

以下是选取第一个元素作为基准元素的代码实现：

public static int partition(int[] arr, int low, int high) {
    int pivot = arr[low]; //基准元素
    while (low < high) {
        while (low < high && arr[high] >= pivot) {
            high--;
        }
        arr[low] = arr[high]; //将比基准元素小的移到低端
        while (low < high && arr[low] <= pivot) {
            low++;
        }
        arr[high] = arr[low]; //将比基准元素大的移到高端
    }
    arr[low] = pivot; //把基准元素放到最终位置
    return low;
}

以下是采用随机化方法选择基准元素的代码实现：

public static int partition(int[] arr, int low, int high) {
    int randomIndex = (int) (Math.random() * (high - low + 1)) + low; //随机选取一个位置
    swap(arr, randomIndex, high); //交换基准元素和随机元素
    int pivot = arr[high]; //基准元素
    while (low < high) {
        while (low < high && arr[low] <= pivot) {
            low++;
        }
        arr[high] = arr[low]; //将比基准元素大的移到高端
        while (low < high && arr[high] >= pivot) {
            high--;
        }
        arr[low] = arr[high]; //将比基准元素小的移到低端
    }
    arr[high] = pivot; //把基准元素放到最终位置
    return high;
}

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

2.2 将低于基准元素的放到左边，高于或等于基准元素的放到右边

这一步是快速排序的关键步骤，其代码实现如下：

public static void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
    if (low < high) {
        int pivotIndex = partition(arr, low, high);
        quickSort(arr, low, pivotIndex - 1); //递归排序左半部分
        quickSort(arr, pivotIndex + 1, high); //递归排序右半部分
    }
}

2.3 对基准值左右两侧的子序列分别重复上述步骤，直到所有元素均被排完序为止。

这一步是快速排序的递归过程，其代码实现如上文所示。

三、示例代码

下面是使用Java语言实现快速排序的示例代码：

import java.util.Arrays;

public class QuickSort {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {32, 6, 17, 28, 10, 22, 43, 13, 48, 35};
        System.out.println("Before sorting: " + Arrays.toString(arr));
        quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
        System.out.println("After sorting: " + Arrays.toString(arr));
    }

    public static void quickSort(int[] arr, int low, int high) {
        if (low < high) {
            int pivotIndex = partition(arr, low, high);
            quickSort(arr, low, pivotIndex - 1); //递归排序左半部分
            quickSort(arr, pivotIndex + 1, high); //递归排序右半部分
        }
    }

    public static int partition(int[] arr, int low, int high) {
        int randomIndex = (int) (Math.random() * (high - low + 1)) + low; //随机选取一个位置
        swap(arr, randomIndex, high); //交换基准元素和随机元素
        int pivot = arr[high]; //基准元素
        while (low < high) {
            while (low < high && arr[low] <= pivot) {
                low++;
            }
            arr[high] = arr[low]; //将比基准元素大的移到高端
            while (low < high && arr[high] >= pivot) {
                high--;
            }
            arr[low] = arr[high]; //将比基准元素小的移到低端
        }
        arr[high] = pivot; //把基准元素放到最终位置
        return high;
    }

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

四、动图效果演示

上面的动图效果的步骤，首先基准值取第一个元素32，然后逐一比较，把小于基准值的移到左侧，大于基准值的移到右侧。整个数组拆分成了P1、P2两个数组

接着对左侧的P1数组进行快速排序，基准值取第一个元素13，那么P1数组又被拆分成更小的左右两个数组P3、P4。

继续对上面拆分出来的P3数组快速排序，基准值取第一个元素10

左侧数组的长度已经是1，排序已经完成，开始对13的右边P4数组快速排序，基准值取第一个元素28，P4中没有比基准值28大的数字，所以只有左侧的P5数组

接着是28的左侧P5数组快速排序，基准值取第一个元素22，

结果数组长度已经是1，结束。

接着对32的右侧部分P2数组快速排序，基准值取第一个元素43

到这里，所有最小单位的数组都已经拆成了长度为1的数组，无法继续拆分，快速排序结束得到了最终的结果。