最常见的排序算法——归并排序

介绍一种采用分治法的典型排序算法

Posted by Jerry Chen on July 19, 2021

介绍

归并算法指的是将两个顺序序列合并成一个顺序序列的方法。

假设开始有数列 {6,202,100,301,38,8,1} 需要按照从小到大的顺序进行重新排列;

  1. 初始单个数:6, 202, 100, 301, 38, 8, 1

  2. 第一次归并:{6, 202}, {100, 301}, {8, 38}, {1},本轮比较的次数:3;

  3. 第二次归并:{6, 100, 202, 301}, {1, 8, 38},本轮比较次数:4;

  4. 第三次归并:{1, 6, 8, 38, 100, 202, 301},本轮比较次数:4;

总的比较次数为:3 + 4 + 4 = 11;

原理

单次归并过程

  1. 申请空间(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);

  2. 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;

  3. 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;

  4. 重复步骤 3 直到某一指针超出序列尾;

  5. 将另一序列剩下的所有元素直接复制到合并序列尾;

图解单次归并

下图以长度分别为 4、4 的已排序序列的归并过程进行演示:

第二行红框是申请的空间,用来存放合并后的序列;

红色箭头是设定的两个指针,初始分别指向两个序列的起始位置;

示例

c 语言归并算法:

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#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
 
void Merge(int sourceArr[],int tempArr[], int startIndex, int midIndex, int endIndex)
{
    int i = startIndex, j=midIndex+1, k = startIndex;
    while(i!=midIndex+1 && j!=endIndex+1) {
        if(sourceArr[i] > sourceArr[j])
            tempArr[k++] = sourceArr[j++];
        else
            tempArr[k++] = sourceArr[i++];
    }
    while(i != midIndex+1)
        tempArr[k++] = sourceArr[i++];
    while(j != endIndex+1)
        tempArr[k++] = sourceArr[j++];
    for(i=startIndex; i<=endIndex; i++)
        sourceArr[i] = tempArr[i];
}
 
/* 内部使用递归 */
void MergeSort(int sourceArr[], int tempArr[], int startIndex, int endIndex)
{
    int midIndex;
    if(startIndex < endIndex) {
        midIndex = startIndex + (endIndex-startIndex) / 2; /* 避免溢出 int */
        MergeSort(sourceArr, tempArr, startIndex, midIndex);
        MergeSort(sourceArr, tempArr, midIndex+1, endIndex);
        Merge(sourceArr, tempArr, startIndex, midIndex, endIndex);
    }
}
 
int main(int argc, char * argv[])
{
    int a[8] = {50, 10, 20, 30, 70, 40, 80, 60};
    int i, b[8];
    MergeSort(a, b, 0, 7);
    for(i=0; i<8; i++)
        printf("%d ", a[i]);
    printf("\n");
    return 0;
}