归并排序(Merge sorting)(C++)

一. 归并排序(Merge sorting)

归并排序(Merge sorting 是一种将数据分而治之(divide and conquer)的算法,其实现过程如下:

  • 将数据分为两部分(Divides the list into halves);
  • 每一半各自进行排序(Sort each halve separately);
  • 将排序结果汇总(Then merge the sorted halves into one sorted array)。

在这里插入图片描述

最差的情况如下图所示:

在这里插入图片描述

由图分析可知归并排序是一种稳定的排序算法,在最糟糕情况下的时间复杂度为O(n*log2(n)),平均时间复杂度为O(n*log2(n))

二. C++ 代码

#include <iostream>

using namespace std;

void merge(int arr[], int first, int mid, int last, int arr_size, int order)
{
	int tempArray[arr_size];
	int first1 = first;
	int last1 = mid;
	int first2 = mid + 1;
	int last2 = last;
	int index = first1;
	if(order == 1)
	{
		for(; (first1 <= last1) && (first2 <= last2); ++ index)
		{
			if(arr[first1] < arr[first2])
			{
				tempArray[index] = arr[first1];
				++first1;
			}
			else
			{
				tempArray[index] = arr[first2];
				++first2;
			}
		}
		for(; first1 <= last1; ++first1, ++index)
			tempArray[index] = arr[first1];
		for(; first2 <= last2; ++first2, ++index)
			tempArray[index] = arr[first2];
		for(index = first; index <= last; ++index)
			arr[index] = tempArray[index];
	}
	else
	{
		for(; (first1 <= last1) && (first2 <= last2); ++ index)
		{
			if(arr[first1] > arr[first2])
			{
				tempArray[index] = arr[first1];
				++first1;
			}
			else
			{
				tempArray[index] = arr[first2];
				++first2;
			}
		}
		for(; first1 <= last1; ++first1, ++index)
			tempArray[index] = arr[first1];
		for(; first2 <= last2; ++first2, ++index)
			tempArray[index] = arr[first2];
		for(index = first; index <= last; ++index)
			arr[index] = tempArray[index];
	}
}

void MergeSort(int arr[], int first, int last, int arr_size, int order)
{
	cout << "Split: ";
	for(int k = first; k<= last; k++)
		cout << arr[k] << " ";
	cout << endl;
	if(first < last)
	{
		int mid = (first + last) / 2;
		MergeSort(arr, first, mid, arr_size, order);
		MergeSort(arr, mid+1, last, arr_size, order);
		merge(arr, first, mid, last, arr_size, order);
	}
	cout << "Merge: ";
	for(int k = first; k <= last; k++)
		cout << arr[k] << " ";
	cout << endl;
} 

int main()
{
	int arr_size, order;
	int *arr;

	cout << "Enter the size of an integer array: ";
	cin >> arr_size;
	
	arr = new int[arr_size];
	for(int i = 0; i < arr_size; i++)
	{
		cout << "Enter an integer to be stored at position " << i << " : ";
		cin >> arr[i];
	}
	cout << "Choose the sorting order:\n 1 - Ascending\n 2 - Descending\n ";
	cin >> order;
	
	int first = 0;
	int last = arr_size - 1;
	
	MergeSort(arr, first, last, arr_size, order);
	
	return 0; 
}
归并排序是一种分治策略的典型例子,在C++中实现归并排序通常涉及以下几个步骤: ```cpp #include <iostream> #include <vector> // 分割函数,将数组分为两半 void mergeSort(std::vector<int>& arr, int left, int right) { if (left < right) { // 计算中间索引 int mid = left + (right - left) / 2; // 递归地对左半部分和右半部分进行排序 mergeSort(arr, left, mid); mergeSort(arr, mid+1, right); // 合并两个已排序的部分 merge(arr, left, mid, right); } } // 合并函数,将两个已排序的部分合并到一起 void merge(std::vector<int>& arr, int left, int mid, int right) { int n1 = mid - left + 1; int n2 = right - mid; std::vector<int> L(n1), R(n2); // 把arr[left...mid]复制到L数组 for (int i = 0; i < n1; i++) L[i] = arr[left + i]; // 把arr[mid+1...right]复制到R数组 for (int j = 0; j < n2; j++) R[j] = arr[mid + 1 + j]; // 遍历并合并两个已排序的数组 int i = 0, j = 0, k = left; while (i < n1 && j < n2) { if (L[i] <= R[j]) { arr[k] = L[i]; i++; } else { arr[k] = R[j]; j++; } k++; } // 如果还有剩余元素,则拷贝较大的一半 while (i < n1) arr[k++] = L[i++]; while (j < n2) arr[k++] = R[j++]; } int main() { std::vector<int> numbers{9, 7, 5, 11, 12, 2, 14, 3}; int arraySize = numbers.size(); std::cout << "Before sorting:\n"; for (auto num : numbers) std::cout << num << " "; mergeSort(numbers, 0, arraySize - 1); std::cout << "\nAfter sorting:\n"; for (auto num : numbers) std::cout << num << " "; return 0; } ``` 这个示例展示了如何使用C++实现归并排序的过程,包括分割数组、递归排序以及最后的合并操作。运行这段代码会得到排序前后的数组结果。如果你想了解如何分析归并排序的时间复杂度和其他细节,可以问我相关的
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