归并排序

归并排序的原理如下。递归的将数组两两分开直到最多包含两个元素，然后将数组排序合并，最终合并为排序好的数组。假设我有一组数组 [3, 1, 2, 8, 9, 7, 6]，中间数索引是 3，先排序数组 [3, 1, 2, 8] 。在这个左边数组上，继续拆分直到变成数组包含两个元素（如果数组长度是奇数的话，会有一个拆分数组只包含一个元素）。然后排序数组 [3, 1] 和 [2, 8] ，然后再排序数组 [1, 3, 2, 8] ，这样左边数组就排序完成，然后按照以上思路排序右边数组，最后将数组 [1, 2, 3, 8] 和 [6, 7, 9] 排序。

以下是实现该算法的代码

function sort(array) {
  checkArray(array);
  mergeSort(array, 0, array.length - 1);
  return array;
}

function mergeSort(array, left, right) {
  // 左右索引相同说明已经只有一个数
  if (left === right) return;
  // 等同于 `left + (right - left) / 2`
  // 相比 `(left + right) / 2` 来说更加安全，不会溢出
  // 使用位运算是因为位运算比四则运算快
  let mid = parseInt(left + ((right - left) >> 1));
  mergeSort(array, left, mid);
  mergeSort(array, mid + 1, right);

  let help = [];
  let i = 0;
  let p1 = left;
  let p2 = mid + 1;
  while (p1 <= mid && p2 <= right) {
    help[i++] = array[p1] < array[p2] ? array[p1++] : array[p2++];
  }
  while (p1 <= mid) {
    help[i++] = array[p1++];
  }
  while (p2 <= right) {
    help[i++] = array[p2++];
  }
  for (let i = 0; i < help.length; i++) {
    array[left + i] = help[i];
  }
  return array;
}

以上算法使用了递归的思想。递归的本质就是压栈，每递归执行一次函数，就将该函数的信息（比如参数，内部的变量，执行到的行数）压栈，直到遇到终止条件，然后出栈并继续执行函数。对于以上递归函数的调用轨迹如下

mergeSort(data, 0, 6) // mid = 3
  mergeSort(data, 0, 3) // mid = 1
    mergeSort(data, 0, 1) // mid = 0
      mergeSort(data, 0, 0) // 遇到终止，回退到上一步
    mergeSort(data, 1, 1) // 遇到终止，回退到上一步
    // 排序 p1 = 0, p2 = mid + 1 = 1
    // 回退到 `mergeSort(data, 0, 3)` 执行下一个递归
  mergeSort(2, 3) // mid = 2
    mergeSort(3, 3) // 遇到终止，回退到上一步
  // 排序 p1 = 2, p2 = mid + 1 = 3
  // 回退到 `mergeSort(data, 0, 3)` 执行合并逻辑
  // 排序 p1 = 0, p2 = mid + 1 = 2
  // 执行完毕回退
  // 左边数组排序完毕，右边也是如上轨迹

该算法的操作次数是可以这样计算：递归了两次，每次数据量是数组的一半，并且最后把整个数组迭代了一次，所以得出表达式 2T(N / 2) + T(N) （T 代表时间，N 代表数据量）。根据该表达式可以套用 该公式 得出时间复杂度为 O(N * logN)