/**
 * File: quick_sort.js
 * Created Time: 2022-12-01
 * Author: IsChristina (christinaxia77@foxmail.com)
 */

/* 快速排序类 */
class QuickSort {
    /* 元素交换 */
    swap(nums, i, j) {
        let tmp = nums[i]
        nums[i] = nums[j]
        nums[j] = tmp
    }

    /* 哨兵划分 */
    partition(nums, left, right){
        // 以 nums[left] 作为基准数
        let 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
            }
            while(i < j && nums[i] <= nums[left]){
                i += 1  // 从左向右找首个大于基准数的元素
            }
            // 元素交换
            this.swap(nums, i, j) // 交换这两个元素
        }
        this.swap(nums, i, left)  // 将基准数交换至两子数组的分界线
        return i  // 返回基准数的索引
    }

    /* 快速排序 */
    quickSort(nums, left, right){
        // 子数组长度为 1 时终止递归
        if(left >= right) return
        // 哨兵划分
        const pivot = this.partition(nums, left, right)
        // 递归左子数组、右子数组
        this.quickSort(nums, left, pivot - 1)
        this.quickSort(nums, pivot + 1, right)
    }
}

/* 快速排序类（中位基准数优化） */
class QuickSortMedian {
    /* 元素交换 */
    swap(nums, i, j) {
        let tmp = nums[i]
        nums[i] = nums[j]
        nums[j] = tmp
    }

    /* 选取三个元素的中位数 */
    medianThree(nums, left, mid, right) {
        // 使用了异或操作来简化代码
        // 异或规则为 0 ^ 0 = 1 ^ 1 = 0, 0 ^ 1 = 1 ^ 0 = 1
        if ((nums[left] > nums[mid]) ^ (nums[left] > nums[right]))
            return left;
        else if ((nums[mid] < nums[left]) ^ (nums[mid] < nums[right]))
            return mid;
        else
            return right;
    }

    /* 哨兵划分（三数取中值） */
    partition(nums, left, right) {
        // 选取三个候选元素的中位数
        let med = this.medianThree(nums, left, Math.floor((left + right) / 2), right);
        // 将中位数交换至数组最左端
        this.swap(nums, left, med);
        // 以 nums[left] 作为基准数
        let i = left, j = right;
        while (i < j) {
            while (i < j && nums[j] >= nums[left])
                j--;          // 从右向左找首个小于基准数的元素
            while (i < j && nums[i] <= nums[left])
                i++;          // 从左向右找首个大于基准数的元素
            this.swap(nums, i, j); // 交换这两个元素
        }
        this.swap(nums, i, left);  // 将基准数交换至两子数组的分界线
        return i;             // 返回基准数的索引
    }

    /* 快速排序 */
    quickSort(nums, left, right) {
        // 子数组长度为 1 时终止递归
        if (left >= right) return;
        // 哨兵划分
        const pivot = this.partition(nums, left, right);
        // 递归左子数组、右子数组
        this.quickSort(nums, left, pivot - 1);
        this.quickSort(nums, pivot + 1, right);
    }
}

/* 快速排序类（尾递归优化） */
class QuickSortTailCall {
    /* 元素交换 */
    swap(nums, i, j) {
        let tmp = nums[i]
        nums[i] = nums[j]
        nums[j] = tmp
    }

    /* 哨兵划分 */
    partition(nums, left, right) {
        // 以 nums[left] 作为基准数
        let i = left, j = right;
        while (i < j) {
            while (i < j && nums[j] >= nums[left])
                j--;          // 从右向左找首个小于基准数的元素
            while (i < j && nums[i] <= nums[left])
                i++;          // 从左向右找首个大于基准数的元素
            this.swap(nums, i, j); // 交换这两个元素
        }
        this.swap(nums, i, left);  // 将基准数交换至两子数组的分界线
        return i; // 返回基准数的索引
    }

    /* 快速排序（尾递归优化） */
    quickSort(nums, left, right) {
        // 子数组长度为 1 时终止
        while (left < right) {
            // 哨兵划分操作
            let pivot = this.partition(nums, left, right);
            // 对两个子数组中较短的那个执行快排
            if (pivot - left < right - pivot) {
                this.quickSort(nums, left, pivot - 1);  // 递归排序左子数组
                left = pivot + 1;  // 剩余待排序区间为 [pivot + 1, right]
            } else {
                this.quickSort(nums, pivot + 1, right); // 递归排序右子数组
                right = pivot - 1; // 剩余待排序区间为 [left, pivot - 1]
            }
        }
    }
}

/* Driver Code */
/* 快速排序  */
var nums = [4, 1, 3, 1, 5, 2]
var quickSort = new QuickSort()
quickSort.quickSort(nums, 0, nums.length - 1)
console.log("快速排序完成后 nums =", nums)

/* 快速排序（中位基准数优化） */
nums1 = [4, 1, 3, 1, 5,2]
var quickSortMedian = new QuickSort()
quickSortMedian.quickSort(nums1, 0, nums1.length - 1)
console.log("快速排序（中位基准数优化）完成后 nums =", nums1)

/* 快速排序（尾递归优化） */
nums2 = [4, 1, 3, 1, 5, 2]
var quickSortTailCall = new QuickSort()
quickSortTailCall.quickSort(nums2, 0, nums2.length - 1)
console.log("快速排序（尾递归优化）完成后 nums =", nums2)
