算法c语言实现 8-3 自顶向下归并排序

本文深入探讨了归并排序算法的实现细节,并通过代码示例展示了如何使用归并排序对整数数组进行排序。从算法原理到具体实现,再到实际应用,本文提供了全面的指南。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

typedef int Item;
#define key(A) (A)
#define less(A, B) (key(A) < key(B))
#define exch(A, B) {Item t = A; A = B; B = t;}
#define compexch(A, B) if(less(B,A)) exch(A,B)
// 注意在宏函数这里实际是不做任何执行的,只是替换而已

void merge(Item a[], int l, int m, int r){
	Item aux[r];
	int i;
	int j;
	int k;
	for(i = m+1; i>l; i--){
		aux[i-1] = a[i-1];
	}
	for(j = m; j<r; j++){
		aux[r+m-j] = a[j+1];
	}
	for(k=l; k<=r; k++){
		if(less(aux[j], aux[i])){
			a[k] = aux[j--];
		} else {
			a[k] = aux[i++];
		}
	}
}

// 归并排序与开始输入无关,但需要额外的空间资源
void mergeSort(Item a[], int l, int r){
	int m = (r+l)/2;
	if(r <= l){
		return;
	}
	mergeSort(a, l, m);
	mergeSort(a, m+1, r);
	merge(a, l, m, r);
}

void main(int argc, char* argv[]){
	int i;
	int N = atoi(argv[1]);
	int* a = malloc(N*sizeof(int));
	for(i=0; i<N; i++){
		a[i] = rand()%1000;
		printf("%d ", a[i]);
	}
	printf("\n");
	mergeSort(a, 0, N-1);
	for(i=0; i<N; i++){
		printf("%d ", a[i]);
	}
	printf("\n");
}

设计自顶向下的二路归并排序算法,也称为分治法,可以分为以下几个步骤: 1. **分解**(Divide): 将数组分成两个相等或接近相等的部分,通常通过递归实现。将数组从中间分开,形成两个独立的子序列。 2. **处理**(Conquer): 对这两个子序列分别应用同样的排序算法,通常是递归地对每个子序列继续进行分割、排序。 3. **合并**(Combine): 当两个子序列都排好序后,将它们合并成一个有序的整体。这一步通常涉及创建一个新的临时数组,然后按照比较规则逐个比较两个子序列中的元素,并放入临时数组中。 4. **返回**(Recursion Base Case): 如果子序列只有一个元素或者为空,则直接返回,因为单个元素已经是“排序”的。 以下是简单的C语言实现示例: ```c #include <stdio.h> void merge(int arr[], int l, int m, int r) { int i, j, k; int n1 = m - l + 1; int n2 = r - m; // 创建临时数组 int L[n1], R[n2]; // 分别复制左半部分和右半部分到临时数组 for (i = 0; i < n1; i++) L[i] = arr[l + i]; for (j = 0; j < n2; j++) R[j] = arr[m + 1+ j]; // 合并临时数组回原数组 i = 0; // L的指针 j = 0; // R的指针 k = l; // 合并点 while (i < n1 && j < n2) { if (L[i] <= R[j]) { arr[k] = L[i]; i++; } else { arr[k] = R[j]; j++; } k++; } // 处理剩余未合并的元素 while (i < n1) { arr[k] = L[i]; i++; k++; } while (j < n2) { arr[k] = R[j]; j++; k++; } } // 自顶向下递归排序函数 void mergeSort(int arr[], int l, int r) { if (l < r) { // 找到中间位置 int m = l+(r-l)/2; // 分而治之 mergeSort(arr, l, m); mergeSort(arr, m+1, r); // 合并 merge(arr, l, m, r); } } int main() { int arr[] = {9, 7, 5, 11, 12, 2, 14, 3, 10, 6}; int arr_size = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); printf("Original array:\n"); for (int i = 0; i < arr_size; i++) { printf("%d ", arr[i]); } mergeSort(arr, 0, arr_size - 1); printf("\nSorted array:\n"); for (int i = 0; i < arr_size; i++) { printf("%d ", arr[i]); } return 0; } ```
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