归并排序是一种基于分治思想的经典排序算法。它将待排序的数组分成两个部分,然后递归地对这两个部分进行排序,最后再将排序好的两个部分归并成一个有序的数组。
具体实现过程如下:
1. 将待排序数组不断二分,直到只剩下一个元素,此时该元素就是有序的。
2. 将相邻的两个有序数组合并成一个有序数组。合并时,对于两个数组中首位元素进行比较,将较小的元素放入新数组中,直到一个数组全部放入新数组中,最后将另一个数组直接拼接到新数组的后面。
3. 重复步骤2,直到所有的数组合并成一个有序数组。
时间复杂度为O(nlogn),是稳定的排序算法,但空间复杂度为O(n),需要额外的存储空间。
python实现:
def merge_sort(arr):
if len(arr) <= 1:
return arr
mid = len(arr) // 2
left = merge_sort(arr[:mid])
right = merge_sort(arr[mid:])
return merge(left, right)
def merge(left, right):
result = []
left_index = 0
right_index = 0
while left_index < len(left) and right_index < len(right):
if left[left_index] <= right[right_index]:
result.append(left[left_index])
left_index += 1
else:
result.append(right[right_index])
right_index += 1
result += left[left_index:]
result += right[right_index:]
return result
C++实现:
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
// 归并两个有序数组
void merge(vector<int>& nums, int left, int mid, int right) {
int i = left, j = mid + 1, k = 0;
vector<int> temp(right - left + 1);
while (i <= mid && j <= right) {
if (nums[i] < nums[j])
temp[k++] = nums[i++];
else
temp[k++] = nums[j++];
}
while (i <= mid)
temp[k++] = nums[i++];
while (j <= right)
temp[k++] = nums[j++];
for (int p = 0; p < k; ++p)
nums[left + p] = temp[p];
}
// 归并排序
void merge_sort(vector<int>& nums, int left, int right) {
if (left < right) {
int mid = left + (right - left) / 2;
merge_sort(nums, left, mid); // 排序左边子数组
merge_sort(nums, mid + 1, right); // 排序右边子数组
merge(nums, left, mid, right); // 合并有序子数组
}
}
int main() {
vector<int> nums = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5}; // 待排序数组
merge_sort(nums, 0, nums.size() - 1); // 归并排序
for (int i = 0; i < nums.size(); ++i) // 输出排序结果
cout << nums[i] << " ";
cout << endl;
return 0;
}
Java实现:
public class MergeSort {
public static void mergeSort(int[] arr, int left, int right) {
if (left < right) {
int mid = (left + right) / 2;
mergeSort(arr, left, mid); // 对左半部分进行归并排序
mergeSort(arr, mid + 1, right); // 对右半部分进行归并排序
merge(arr, left, mid, right); // 合并左右两个有序序列
}
}
public static void merge(int[] arr, int left, int mid, int right) {
int[] temp = new int[right - left + 1]; // 临时数组,存放合并后的序列
int i = left, j = mid + 1, k = 0;
while (i <= mid && j <= right) { // 将左右两个有序序列合并
if (arr[i] <= arr[j]) {
temp[k++] = arr[i++];
} else {
temp[k++] = arr[j++];
}
}
while (i <= mid) { // 将左边剩余元素填充进temp中
temp[k++] = arr[i++];
}
while (j <= right) { // 将右边剩余元素填充进temp中
temp[k++] = arr[j++];
}
for (int p = 0; p < temp.length; p++) { // 将temp中的元素全部拷贝到原数组中
arr[left + p] = temp[p];
}
}
}