归并排序(MERGE-SORT)是利用归并的思想实现的排序方法,该算法采用经典的分治(divide-and-conquer)策略(分治法将问题分(divide)成一些小的问题然后递归求解,而治(conquer)的阶段则将分的阶段得到的各答案"修补"在一起,即分而治之)。
基本思路:
先递归的把数组划分为两个子数组,一直递归到数组中只有一个元素,然后再调用函数把两个子数组排好序。再依次按照递归的返回来把两个数组进行排好序,到最后就可以把整个数组排好序;
基本步骤:
1、首先什么都不管,直接把数组平分成两个子数组;
2、递归调用划分数组函数,最后划分到数组中只有一个元素,这也意味着数组是有序的了;
3、然后调用排序函数,把两个有序的数组合并成一个有序的数组;
4、排序函数的步骤,让两个数组的元素进行比较,把大的/小的元素存放到临时数组中,如果有一个数组的元素被取光了,那就直接把另一数组的元素放到临时数组中,然后把临时数组中的元素都复制到实际的数组中;
分而治之
可以看到这种结构很像一棵完全二叉树,本文的归并排序我们采用递归去实现(也可采用迭代的方式去实现)。分阶段可以理解为就是递归拆分子序列的过程,递归深度为log2n。
合并相邻有序子序列
再来看看治阶段,我们需要将两个已经有序的子序列合并成一个有序序列,比如上图中的最后一次合并,要将[4,5,7,8]和[1,2,3,6]两个已经有序的子序列,合并为最终序列[1,2,3,4,5,6,7,8],来看下实现步骤。
代码如下:
#include<stdio.h>
/*
* 函数功能:合并两个有序数组
*/
void sequence(int a[],int left,int mid,int right,int temp[]){
int i=left; //左边序列的第一个元素
int j=mid+1; //右边序列的第一个元素
int t=0; //这个t用来当做temp数组的下标,
while(i<=mid&&j<=right){
if(a[i]<=a[j]){
temp[t++]=a[i++];
}else{
temp[t++]=a[j++];
}
}
while(i<=mid){
temp[t++]=a[i++];
}
while(j<=right){
temp[t++]=a[j++];
}
t=0;
while(left<=right){
a[left++]=temp[t++];
}
}
void MergeSort(int a[],int left,int right,int temp[]){
if(left<right){
int mid=(left+right)/2;
MergeSort(a,left,mid,temp); //左边归并排序,使得左子序列有序
MergeSort(a,mid+1,right,temp); //右边归并排序,使得右子序列有序
sequence(a,left,mid,right,temp); //将两个有序数组合并成一个有序数组
}
}
int main(void){
int i;
int a[8]={3,2,8,5,4,7,6,9};
int temp[8]; //临时数组空间,在合并两个数组时需要用它
MergeSort(a,0,7,temp);
for(i=0;i<8;i++){
printf("%3d",a[i]);
}
}
时间复杂度、空间复杂度和稳定性:归并排序的时间复杂度为,其中n为遍历temp数组的时间,log2n为将数组分为两个数组的递归时间。所以不论是最好情况还是最坏情况,时间复杂度都为
。因为排序过程中需要借助临时数组temp,所以空间复杂度为O(n)。归并排序是一种稳定的排序。