十六、自己动手实现排序算法（4）--------- “ Merge Sort 归并排序 ”

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Angel_guoo/article/details/90554532

归并排序是一种基于分治法的稳定排序算法，通过将两个有序子序列合并成一个完全有序序列。本文介绍了归并排序的原理、算法描述，并提供了多个Java代码实现示例，帮助读者理解和掌握这一经典排序方法。

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参考文章：

https://www.cnblogs.com/guoyaohua/p/8600214.html 十大经典排序算法最强总结（含JAVA代码实现）

https://mp.weixin.qq.com/s/gHjWM2eAyA4_kSRt4CMZmQ 归并排序就这么简单

https://github.com/liuyubobobo/Play-with-Algorithms/blob/master/03-Sorting-Advance/Course%20Code%20(Java)/02-Merge-Sort/src/bobo/algo/MergeSort.java

归并排序分析：

平均时间复杂度	最好情况	最坏情况	空间复杂度	排序方式	稳定性
*O（nlogn）**	*O（nlogn）**	*O（nlogn）**	O（n）	Out-place	稳定

归并排序原理：

归并排序是建立在归并操作上的一种有效的排序算法。该算法是采用分治法（Divide and Conquer）的一个非常典型的应用。归并排序是一种稳定的排序方法。将已有序的子序列合并，得到完全有序的序列；即先使每个子序列有序，再使子序列段间有序。若将两个有序表合并成一个有序表，称为2-路归并。

归并排序算法描述：

把长度为n的输入序列分成两个长度为n/2的子序列；
对这两个子序列分别采用归并排序；
将两个排序好的子序列合并成一个最终的排序序列。

算法原理图解：

Java代码实现：

代码一：


package com.sorting.algorithm;

import java.util.Arrays;

public class MergeSort {
	
	public static int[] mergeSort(int[] array){
		if(array.length<2) 
			return array;
		
		int mid = array.length/2;
		int[] left = Arrays.copyOfRange(array, 0, mid);
		int[] right = Arrays.copyOfRange(array, mid, array.length);
		return  merge(mergeSort(left),mergeSort(right));
	}

	private static int[] merge(int[] left, int[] right) {
		int[] result = new int[left.length+right.length];
		
		for (int i=0, j=0, index=0; index < result.length; index++) {
			if(i >= left.length){
				result[index] = right[j]; j++;
			}else if(j >= right.length){
				result[index] = left[i]; i++;
			}else if(left[i] < right[j]){
				result[index] = left[i]; i++;
			}else {
				result[index] = right[j]; j++;
			}
		}
		
		return result;
	}
	
	public static  void printArr(int[] array){
		for (int i = 0; i < array.length; i++) {
			System.out.print(array[i] + ",");
		}
		System.out.println();
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		int[] array = { 58,26,10,32 };
		System.out.println("排序之前：");
		printArr(array);
		System.out.println("-------------------------------");
		
		System.out.println("排序过程");
		int[] newArray = mergeSort(array);
		
		System.out.println("-------------------------------");
		System.out.println("排序之后:");
		printArr(newArray);
		
	}
	
}

代码二：


package com.sorting.algorithm;

public class MergeSort2 {
	
	public static int[] mergeSort(int[] array,int L, int R){
		// 如果只剩余一个元素，即L==R ，或者L>R 就返回
		if(L >= R) 
			return array;
		// 找到数组分割的中间数
		int M = L+(R-L)/2;
		
		// 对左边不断进行拆分
		mergeSort(array, L, M);
		
		// 对右边不断进行拆分
		mergeSort(array, M+1, R);
		
		// 返回两个有序数组的合并
		return merge(array,L,M,R);
	}
	
	/*
	 * 2-路归并，归并两个已经排好序的数组  
	 *  L 数组起始部分
	 *  M 数组中间部分
	 *  R 数组结尾部分
	 */
	private static int[] merge(int[] array, int L, int M, int R) {

		printArr(array);
		
		// 左半部分数组
		int[] leftArray = new int[M-L+1];
		
		// 右半部分数组
		int[] rightArray = new int[R-M];
		
		// 将原数组左部分拷贝到左半部分数组中
		for (int i = L; i <= M; i++) {
			leftArray[i-L] = array[i];
		}
		
		// 将原数组右部分拷贝到右半部分数组中
		for (int j = M+1; j <= R; j++) {
			rightArray[j-M-1] = array[j];
		}		
		
		/*
		 * i 为指向 leftArray 数组的模拟指针
		 * j 为指向 rightArray 数组的模拟指针
		 * k 为指向 array 数组的模拟指针
		 */
		int i=0,j=0,k=L;
		// 比较左右两部分数组，哪个比较小，就放到原数组中
		while(i < leftArray.length && j < rightArray.length){
			if(leftArray[i] < rightArray[j]){
				array[k] = leftArray[i];
				k++;
				i++;
			}else{
				array[k] = rightArray[j];
				k++;
				j++;
			}
		}
		
		// 如果左半部分数组有剩余，就全部拷贝到原数组中
		while(i < leftArray.length){
			array[k] = leftArray[i];
			k++;
			i++;
		}
		
		// 如果右半部分数组有剩余，就全部拷贝到原数组中
		while(j < rightArray.length){
			array[k] = rightArray[j];
			k++;
			j++;
		}
		
		return array;
	}

	public static  void printArr(int[] array){
		for (int i = 0; i < array.length; i++) {
			if(i != array.length-1)
				System.out.print(array[i] + ",");
			else
				System.out.println(array[i]);
		}
		System.out.println();
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		int[] array = { 26,58,10,32,11,22,34,60 };
		System.out.println("排序之前：");
		printArr(array);
		System.out.println("-------------------------------");
		
		System.out.println("排序过程");
		int[] newArray = mergeSort(array,0,array.length-1);
		
		System.out.println("-------------------------------");
		System.out.println("排序之后:");
		printArr(newArray);
		
	}

}

代码三：


package com.sorting.algorithm;

import java.util.Arrays;

public class MergeSort3 {
	
	public static void mergeSort(int[] array, int l, int r) {
		// 如果左部分只剩一个数，就返回
		if(l >= r)
			return ;
		// 找到分隔数
		int mid = (r+l)/2;
		// 分隔左半部分，并继续分隔，直到最后剩一个数
		mergeSort(array, l, mid);
		// 分隔右半部分，并继续分隔，直到最后只剩下一个数
		mergeSort(array, mid+1, r);
		
		// 2-路归并，合并两个有序的数组
		merge(array,l,mid,r);
	}

	/*
	 * 2-路归并
	 * 合并两个有序的数组， 
	 * array： 是原数组
	 *   l : 是分隔数组中的左起点
	 * mid : 是分隔左右的分隔下标
	 *   r : 是分隔数组中的右终点
	 */
	
	private static void merge(int[] array, int l, int mid, int r) {
		// 辅助数组
		int[] aux = Arrays.copyOfRange(array, l, r+1);
		
		// i 指向左半部分的起始  ，  j 指向右半部分的起始
		int i=l, j=mid+1;
		for (int k = l; k <= r; k++) {
			if(i > mid){  // 如果左半部分已经添加完
				array[k] = aux[j-l]; j++;
			}
			else if(j > r){  // 右半部分已经添加完
				array[k] = aux[i-l]; i++;
			}
			else if(aux[i-l] <= aux[j-l]){ // 如果左半部分小于右半部分的数字
				array[k] = aux[i-l]; i++;
			}
			else {    // 如果右半部分的数字小于左半部分的数字
				array[k] = aux[j-l]; j++;
			} 
		}
	}

	public static  void printArr(int[] array){
		for (int i = 0; i < array.length; i++) {
			if(i != array.length-1)
				System.out.print(array[i] + ",");
			else
				System.out.println(array[i]);
		}
		System.out.println();
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		int[] array = { 58,36,70,22,88,64,1,32 };
		System.out.println("排序之前：");
		printArr(array);
		System.out.println("-------------------------------");
		
		System.out.println("排序过程");
		mergeSort(array,0,array.length-1);
		
		System.out.println("-------------------------------");
		System.out.println("排序之后:");
		printArr(array);
		
	}
	
}

归并排序测试

代码一：