归并排序(附java和rust实现)

一. 简介

归并排序（Merge Sort）是建立在归并操作上的一种有效，稳定的排序算法，该算法是采用分治法（Divide and Conquer）的一个非常典型的应用。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，称为二路归并。

二. 图解

三. JAVA实现

import java.util.Arrays;

public class SortTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        int[] arr = {1, 3, 6, 2, 8, 4, 5, 7};
        sort(arr);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }

    public static void sort(int[] arr) {
        //在排序前，先建好一个长度等于原数组长度的临时数组，避免递归中频繁开辟空间
        int[] temp = new int[arr.length];
        sort(arr, 0, arr.length - 1, temp);
    }

    private static void sort(int[] arr, int left, int right, int[] temp) {
        if (left < right) {
            int mid = (left + right) / 2;
            //左边归并排序，使得左子序列有序
            sort(arr, left, mid, temp);
            //右边归并排序，使得右子序列有序
            sort(arr, mid + 1, right, temp);
            //将两个有序子数组合并操作
            merge(arr, left, mid, right, temp);
        }
    }

    private static void merge(int[] arr, int left, int mid, int right, int[] temp) {
        //左序列指针
        int i = left;
        //右序列指针
        int j = mid + 1;
        //临时数组指针
        int t = 0;
        while (i <= mid && j <= right) {
            if (arr[i] <= arr[j]) {
                temp[t++] = arr[i++];
            } else {
                temp[t++] = arr[j++];
            }
        }
        //将左边剩余元素填充进temp中
        while (i <= mid) {
            temp[t++] = arr[i++];
        }
        //将右序列剩余元素填充进temp中
        while (j <= right) {
            temp[t++] = arr[j++];
        }
        t = 0;
        //将temp中的元素全部拷贝到原数组中
        while (left <= right) {
            arr[left++] = temp[t++];
        }
    }

}

四. rust实现

use std::cmp::Ordering;

fn main() {

    let mut a = [4, 3, 6, 2, 8, 1, 5, 7, -1];
    mergesort(&mut a);
    println!("{:?}", a);


    fn mergesort(array: &mut [i32]) {
        let mid = array.len() / 2;
        if mid == 0 {
            return; //base case: array.len() == 1
        }

        mergesort(&mut array[..mid]);
        mergesort(&mut array[mid..]);
        merge(array, mid);
    }

    fn merge(array: &mut [i32], mid: usize) {
        let mut new_array = vec![]; //use vec to keep sorted value
        let mut j = 0;
        let mut k = mid;
        for i in 0..array.len() {
            if k == array.len() || j == mid {
                //if left or right are all selected
                break;
            }
            if array[j] < array[k] {
                new_array.push(array[j]);
                j += 1;
            } else {
                new_array.push(array[k]);
                k += 1;
            }
        }
        match (j.cmp(&mid), k.cmp(&array.len())) {
            (Ordering::Equal, Ordering::Equal) => (),
            (Ordering::Less, Ordering::Equal) => {
                for i in j..mid {
                    new_array.push(array[i]);
                }
            }
            (Ordering::Equal, Ordering::Less) => {
                for i in k..array.len() {
                    new_array.push(array[i]);
                }
            }
            _ => (),
        }

        for i in 0..array.len() {
            array[i] = new_array[i];
        }
    }

}