归并排序 -- Python实现

本文深入讲解了归并排序算法,采用分治法思想,通过不断二分数组并排序,最终合并为有序数组。介绍了归并排序的实现代码,并分析了其时间复杂度为O(nlogn),空间复杂度为T(n),且算法稳定性良好。

归并排序

归并排序的思想,源于分治法的思想,将一个无序的数组不断二分然后排序,再合并

def merge(left, right):
    # 排序 并 合并 数组
    result = []
    i, j = 0, 0
    # 对比,将小的放入result数组,当某一边遍历完成之后,跳出循环
    while i<len(left) and j<len(right): 
        if left[i] < right[j]:
            result.append(left[i])
            i+=1
        else:
            result.append(right[j])
            j+=1
    # 剩下的都放入 result
    result += left[i:]
    result += right[j:]
    return result

def mergesort(arr):
    # 分割数组的长度小于2的时候,停止递归
    if len(arr) < 2:
        return arr
    # 地板除,得到数组中间下标
    mid = len(arr) // 2
    # 将数组一分为二
    left = mergesort(arr[:mid])
    right = mergesort(arr[mid:])
    return merge(left, right)

# 测试代码段
arr = [9,8,7,6,5,4,3,2,1]
arr = mergesort(arr)
print(arr)

 

算法复杂度分析

最好时间复杂度最坏时间复杂度平均时间复杂度空间复杂度稳定性
O(nlogn)O(nlogn)O(nlogn)T(n)稳定

归并排序是一种稳定的排序算法

### Python 实现归并排序计算逆序对 在处理数组中的逆序对问题时,使用归并排序是一种高效的解决方案。相较于暴力法的时间复杂度 \(O(n^2)\)[^2],基于归并排序的方法能够将时间复杂度降低到 \(O(n \log n)\)。 #### 归并排序原理简介 归并排序采用的是分治策略,即将待排序序列分为若干子序列分别进行排序后再合并这些有序子序列形成最终的完全有序序列[^3]。此过程不仅实现了排序功能,在分割与合并的过程中还可以统计出原序列中存在的全部逆序对数量。 #### 代码实现 下面是一个完整的Python程序,它展示了如何利用归并排序来计算给定整数列表中的逆序对数目: ```python def merge_and_count_split_inv(B, C): sorted_array = [] inversions = 0 i, j = 0, 0 while i < len(B) and j < len(C): if B[i] <= C[j]: sorted_array.append(B[i]) i += 1 else: sorted_array.append(C[j]) j += 1 inversions += (len(B) - i) # Append any remaining elements of the arrays to 'sorted_array' sorted_array.extend(B[i:]) sorted_array.extend(C[j:]) return sorted_array, inversions def sort_and_count(array): if len(array) <= 1: return array, 0 mid = len(array) // 2 left_half, x = sort_and_count(array[:mid]) right_half, y = sort_and_count(array[mid:]) merged_array, z = merge_and_count_split_inv(left_half, right_half) return merged_array, x + y + z def count_inversions_merge_sort(arr): _, num_of_inversions = sort_and_count(arr) return num_of_inversions # 测试例子 if __name__ == "__main__": test_arr = [1, 3, 5, 2, 4, 6] print(f"Array {test_arr} has {count_inversions_merge_sort(test_arr)} inversions.") ``` 上述代码定义了一个 `merge_and_count_split_inv` 函数用于合并两个已排序的部分,并在此过程中计数跨越这两个部分之间的所有可能存在的逆序对;另一个辅助函数 `sort_and_count` 则负责递归地拆分输入直到单个元素为止,之后再逐步组合起来的同时累计总的逆序对数目。最后,`count_inversions_merge_sort` 提供了一种简便的方式来获取任意数组内的总逆序对数量[^2]。
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