Java 快速排序未排序的列表运行速度比已排序的列表快

对于第一个元素轴的快速排序，我得到了奇怪的计时结果。我的代码首先使用未排序、非随机的整数列表运行快速排序。然后，它对之前排序的列表进行排序。在我选择的透视图中，我认为排序列表的快速排序比未排序列表运行得最差。我已经用以下结果验证了这一点：

Quicksort 1st run (unsorted, non-randomized)
# of calls to exch(): 14
# of calls to sort(): 17
# of calls to partition():8
# of calls to less(): 47
Sorted?: true
Time to sort input: 0.004212 secs

Quicksort 2nd run (sorted)
# of calls to exch(): 25
# of calls to sort(): 40
# of calls to partition(): 19
# of calls to less(): 138
Sorted?: true
Time to sort input: 0.000535 secs

请注意，时间安排没有意义。第二次快速排序应比第一次快速排序慢

Timing code:
start();
Quick.sort(a);
stop();

private static void start(){
   start = System.nanoTime();       
}

private static void stop(){
   elapsed = (System.nanoTime() - start)/1E9;
}   

快速排序算法是正确的。所以我实现计时器的方式肯定有问题

完整代码：

public class Quick {

static int exchCount; //DEBUG
static int sortCount; //DEBUG
static int partitionCount; //DEBUG
static int compareCount; //DEBUG

public static void sort(Comparable[]a){
    //StdRandom.shuffle(a);
    exchCount=0; //DEBUG
    sortCount=0; //DEBUG
    partitionCount=0; //DEBUG
    compareCount=0; //DEBUG
    sort(a, 0, a.length-1);
    System.out.printf("# of calls to exch(): %d%n", exchCount); //DEBUG
    System.out.printf("# of calls to sort(): %d%n", sortCount); // DEBUG
    System.out.printf("# of calls to partition(): %d%n", partitionCount); // DEBUG
    System.out.printf("# of calls to less(): %d%n", compareCount); // DEBUG
    return;

}

private static void sort(Comparable a[], int lo, int hi){
    sortCount++; // DEBUG

    if (hi<=lo) return; // base case    
    int p = partition(a, lo, hi); // select partition
    sort(a, lo, p-1); // recursively sort left side of partition
    sort(a, p+1, hi); // recursively sort right side of partition

    return; 
}


private static int partition(Comparable[]a, int lo, int hi){    
    partitionCount++; //DEBUG
    int i = lo, j = hi+1; // set pointers i (left) & j (right)

    Comparable p = a[lo]; // select a partition point we'll use lo as default

    while (true){

        // continue walking right if values are < p
        // captures any value < p
        while (less(a[++i], p)) if(i==hi)break;

        // continue walking left if values are > p
        while (less(p, a[--j]));

        if(i>=j) break; // has i crossed j?

        exch(a, i, j);

    }

    exch(a, lo, j); 
    return j;
}


private static boolean less(Comparable a, Comparable b){
    compareCount++; //DEBUG
    return a.compareTo(b)<0;

}

private static void exch(Comparable[] a, int i, int j){
    exchCount++; //DEBUG
    Comparable tmp = a[i];
    a[i] = a[j];
    a[j] = tmp; 

}

}


public class SortClient {

static double start=0, elapsed=0;
public static void main(String[] args) {

    for(int i=0; i<10; i++){

        //Comparable[] a={"K","R","A","T","E","L","E","P","U","I"
        //  ,"M","Q","C","X","O","S"};
        //Comparable[] a = DataReader.readInt("http://algs4.cs.princeton.edu/14analysis/8Kints.txt");
        Comparable[] a={8,4,45,23,13,1,65,44,9,8,3,33,21};

        start();
        Quick.sort(a);
        stop();
        System.out.printf("Quicksort#1%n");
        System.out.printf("Sorted?: %b%n",isSorted(a));
        System.out.printf("Time to sort input: %f secs%n%n%n",elapsed);

        start();
        Quick.sort(a);
        stop();
        System.out.printf("Quicksort#2%n");
        System.out.printf("Sorted?: %b%n",isSorted(a));
        System.out.printf("Time to sort input: %f secs%n%n%n",elapsed);

    }
}

private static void start(){

    start = System.nanoTime();

}

private static void stop(){

    elapsed = (System.nanoTime() - start)/1E9;


}

private static boolean isSorted(Comparable[]a){

    for(int i=0; i<a.length-2; i++)
       if(a[i].compareTo(a[i+1])>0)
           return false;
    return true;

}

}

公共类快速{
静态int exchCount；//调试
静态int-sortCount；//调试
静态int partitionCount；//调试
静态int compareCount；//调试
公共静态无效排序（可比[]a）{
//施特兰多姆·沙夫勒（a）；
exchCount=0；//调试
sortCount=0；//调试
partitionCount=0；//调试
compareCount=0；//调试
排序（a，0，a.length-1）；
System.out.printf（“#对exch（）的调用次数：%d%n”，exchCount）；//调试
System.out.printf（“#对sort（）的调用次数：%d%n”，sortCount）；//调试
System.out.printf（“#对partition（）的调用次数：%d%n”，partitionCount）；//调试
System.out.printf（“#对less（）的调用次数：%d%n”，compareCount）；//调试
回来
}
专用静态无效排序（可比较的a[]，int lo，int hi）{
sortCount++；//调试
如果（hi“我们都知道快速排序在排序列表中比在未排序列表中运行得最差”：这是一个大胆的说法

快速排序的效率取决于正确选择支点：好的支点是这样的：它们以平衡的方式分割要排序的区域，因此过程保持二分法，这会导致
O（N.Lg（N））
行为。相反，导致最大不平衡的糟糕选择会导致二次
O（N²）
退化，因为过程保持增量

天真的轴心选择策略，如“第一个元素”，确实会导致排序序列出现最坏的情况。但更明智的实现，如“三个中位数（第一、中间和最后）”将以最佳方式执行。
正如@AbhisekBansal指出的，快速排序按预期在大型数组上运行，即超过1000项。在对4K整数列表运行快速排序后，在所有迭代中按预期执行快速排序（即T*未排序*
输出（前4次迭代）：

根据您上面的输出，第二次运行速度更快。您执行这项操作的次数是多少？您必须执行数千次才能让jvm“预热”。@BrettOkken我尝试执行了10、100、1000、5000次，您在某些方面是对的，而不是全部，排序的（第二次运行）确实比未排序的（第一次运行）慢正如所料，jvm“预热”是什么意思？这是Java/解释语言特有的问题吗？在多次执行之后，编译器可以优化执行行为。你真的需要几万次或几十万次执行。@OliCharlesworth感谢你指出这一点。我已经更正了我的措辞。Yves，你是对的。我应该更仔细地选择我的措辞。从我所看到的，你是我们在小阵列上做实验（最多十分之几个元素）。出于许多原因，你应该在更大的阵列上工作。我按照阿披舍克·班萨尔的建议，用1k和4k元素运行了更大的阵列。预排序的阵列的性能比未排序的阵列差。
Quicksort#1(unsorted)
calls to exch(): 11466
calls to sort(): 5329
calls to partition(): 2664
calls to less(): 60092
Sorted?: true
Time to sort input: 0.006784 secs

Quicksort#2(presorted)
calls to exch(): 3999
calls to sort(): 7999
calls to partition(): 3999
calls to less(): 8005998
Sorted?: true
Time to sort input: 0.079226 secs

Quicksort#1(unsorted)
calls to exch(): 11466
calls to sort(): 5329
calls to partition(): 2664
calls to less(): 60092
Sorted?: true
Time to sort input: 0.001649 secs

Quicksort#2(presorted)
calls to exch(): 3999
calls to sort(): 7999
calls to partition(): 3999
calls to less(): 8005998
Sorted?: true
Time to sort input: 0.079353 secs

Quicksort#1(unsorted)
calls to exch(): 11466
calls to sort(): 5329
calls to partition(): 2664
calls to less(): 60092
Sorted?: true
Time to sort input: 0.001680 secs

Quicksort#2(presorted)
calls to exch(): 3999
calls to sort(): 7999
calls to partition(): 3999
calls to less(): 8005998
Sorted?: true
Time to sort input: 0.079331 secs

Quicksort#1(unsorted)
calls to exch(): 11466
calls to sort(): 5329
calls to partition(): 2664
calls to less(): 60092
Sorted?: true
Time to sort input: 0.001625 secs

Quicksort#2(presorted)
calls to exch(): 3999
calls to sort(): 7999
calls to partition(): 3999
calls to less(): 8005998
Sorted?: true
Time to sort input: 0.079593 secs