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Informatik Algorithmen – Quicksort und Partitionierung

15 KartenInformatikatrio27.09.2026Nur mit Link

Karteikarten zum Thema „Informatik“ · 15 Karten · von atrio. Beispiele: Was ist die Grundidee von Quicksort? · Wie funktioniert das Lomuto-Partitionierungssc…

Karten

15 Karten
STANDARD

Was ist die Grundidee von Quicksort?

Rückseite

Teile-und-Herre: Wähle ein Pivot, partitioniere das Array so, dass kleinere Elemente links, größere rechts stehen, dann rekursiv beide Teilarrays sortieren.

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Wie funktioniert das Lomuto-Partitionierungsschema?

Rückseite

Pivot ist letztes Element; Index i trennt ≤-Pivot-Bereich; iteriere mit j, tausche bei ≤ Pivot arr[i++] mit arr[j]; am Ende Pivot mit arr[i] tauschen.

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Wie funktioniert das Hoare-Partitionierungsschema?

Rückseite

Zwei Pointer von links und rechts; linker sucht ≥ Pivot, rechter ≤ Pivot; bei Überkreuzung stoppen; tausche gefundene Elemente; effizienter als Lomuto.

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Welche Pivot-Strategien vermeiden den Worst-Case O(n²)?

Rückseite

Median-of-three (Erster, Mitte, Letzter), zufälliges Pivot oder Median-of-Medians garantieren mit hoher Wahrscheinlichkeit O(n log n) Laufzeit.

STANDARD

Warum ist Quicksort instabil?

Rückseite

Gleiche Schlüssel können durch Partitionierung ihre relative Reihenfolge ändern, da Elemente über weite Distanzen getauscht werden (z. B. Pivot mit letztem ≤-Element).

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Wie lautet die Rekursionstiefe im Durchschnittsfall?

Rückseite

O(log n), da das Array bei guter Pivot-Wahl jeweils etwa halbiert wird; im Worst-Case (sortiertes Array + schlechtes Pivot) O(n).

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Was bewirkt Tail-Recursion-Optimierung bei Quicksort?

Rückseite

Der rekursive Aufruf für das größere Teilarray wird durch Iteration ersetzt, der für das kleinere bleibt rekursiv – Stapeltiefe sinkt auf O(log n).

STANDARD

Ab welcher Arraygröße lohnt sich Insertion-Sort als Basisfall?

Rückseite

Typisch 10–20 Elemente: Insertion-Sort hat geringeren Overhead für kleine Arrays und verbessert Cache-Lokalität im Quicksort-Hybrid.

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Was ist 3-Way-Partitionierung (Dutch National Flag)?

Rückseite

Teilt Array in < Pivot, = Pivot, > Pivot; optimal bei vielen Duplikaten, reduziert Vergleiche auf Θ(n) statt O(n log n) bei Gleichheit.

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Wie wählt Introsort das Pivot und vermeidet Worst-Case?

Rückseite

Kombiniert Quicksort mit Heapsort: bei Rekursionstiefe > 2 log n wechselt es zu Heapsort, garantiert O(n log n) Worst-Case.

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Warum ist Quicksort cache-effizienter als Mergesort?

Rückseite

In-place-Partitionierung arbeitet sequenziell im Speicher, nutzt CPU-Cache optimal; Mergesort benötigt zusätzlichen Speicher und springt zwischen Arrays.

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Was passiert bei Quicksort mit vielen identischen Schlüsseln ohne 3-Way-Partition?

Rückseite

Degeneriert zu O(n²), da Partitionierung extrem unausgewogen wird (ein Teilarray fast leer, anderes fast komplett).

STANDARD

Wie berechnet man den Median-of-three Pivot?

Rückseite

Vergleiche erstes, mittleres und letztes Element; wähle den medianen Wert als Pivot; tausche ihn an Array-Ende für Lomuto oder an Anfang für Hoare.

STANDARD

Welche Invariante gilt während der Hoare-Partitionierung?

Rückseite

Alle Elemente links von linkem Pointer ≤ Pivot, alle rechts von rechtem Pointer ≥ Pivot; Pointer bewegen sich aufeinander zu bis Überkreuzung.

STANDARD

Was ist der Unterschied zwischen Quicksort und Quickselect?

Rückseite

Quickselect nutzt Partitionierung wie Quicksort, rekursiert aber nur in den Bereich, der das k-te Element enthält – Durchschnitt O(n) statt O(n log n).

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