[Java算法系列教程]-归并排序
归并排序
归并排序(MERGE-SORT)是建立在归并操作上的一种有效的排序算法,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。
算法
归并操作的工作原理如下:
第一步:申请空间,使其大小为两个已经排序序列之和,该空间用来存放合并后的序列
第二步:设定两个指针,最初位置分别为两个已经排序序列的起始位置
第三步:比较两个指针所指向的元素,选择相对小的元素放入到合并空间,并移动指针到下一位置
重复步骤3直到某一指针超出序列尾
将另一序列剩下的所有元素直接复制到合并序列尾
复杂度
归并排序是稳定排序,它也是一种十分高效的排序,能利用完全二叉树特性的排序一般性能都不会太差。java中Arrays.sort()
采用了一种名为TimSort
的排序算法,就是归并排序的优化版本。从上文的图中可看出,每次合并操作的平均时间复杂度为O(n),而完全二叉树的深度为|log2n|。总的平均时间复杂度为O(nlogn)
。而且,归并排序的最好,最坏,平均时间复杂度均为O(nlogn)
。
代码示例
java
迭代版:
public static void merge_sort(int[] arr) {
int[] orderedArr = new int[arr.length];
for (int i = 2; i < arr.length * 2; i *= 2) {
for (int j = 0; j < (arr.length + i - 1) / i; j++) {
int left = i * j;
int mid = left + i / 2 >= arr.length ? (arr.length - 1) : (left + i / 2);
int right = i * (j + 1) - 1 >= arr.length ? (arr.length - 1) : (i * (j + 1) - 1);
int start = left, l = left, m = mid;
while (l < mid && m <= right) {
if (arr[l] < arr[m]) {
orderedArr[start++] = arr[l++];
} else {
orderedArr[start++] = arr[m++];
}
}
while (l < mid)
orderedArr[start++] = arr[l++];
while (m <= right)
orderedArr[start++] = arr[m++];
System.arraycopy(orderedArr, left, arr, left, right - left + 1);
}
}
}
递归版:
static void merge_sort_recursive(int[] arr, int[] result, int start, int end) {
if (start >= end)
return;
int len = end - start, mid = (len >> 1) + start;
int start1 = start, end1 = mid;
int start2 = mid + 1, end2 = end;
merge_sort_recursive(arr, result, start1, end1);
merge_sort_recursive(arr, result, start2, end2);
int k = start;
while (start1 <= end1 && start2 <= end2)
result[k++] = arr[start1] < arr[start2] ? arr[start1++] : arr[start2++];
while (start1 <= end1)
result[k++] = arr[start1++];
while (start2 <= end2)
result[k++] = arr[start2++];
for (k = start; k <= end; k++)
arr[k] = result[k];
}
public static void merge_sort(int[] arr) {
int len = arr.length;
int[] result = new int[len];
merge_sort_recursive(arr, result, 0, len - 1);
}
python
# Recursively implementation of Merge Sort
def merge(left, right):
result = []
while left and right:
if left[0] <= right[0]:
result.append(left.pop(0))
else:
result.append(right.pop(0))
if left:
result += left
if right:
result += right
return result
def merge_sort(L):
if len(L) <= 1:
# When D&C to 1 element, just return it
return L
mid = len(L) // 2
left = L[:mid]
right = L[mid:]
left = merge_sort(left)
right = merge_sort(right)
# conquer sub-problem recursively
return merge(left, right)
# return the answer of sub-problem
if __name__ == "__main__":
test = [1, 4, 2, 3.6, -1, 0, 25, -34, 8, 9, 1, 0]
print("original:", test)
print("Sorted:", merge_sort(test))