排序算法系列(8)——归并排序

接下来准备学习一下归并排序
去别的blog看了一段,很多博客概括介绍归并的时候是这样子的:

基本理念:分治思想(divide and conquer)
主要用处:将两个(或者多个 两个就称为<u>二路归并</u>)已经排好序的序列合并排序
时间复杂度: O(n logn)

可以看出来这也是我们遇到的第三个n logn时间复杂度的排序了

归并排序

基本思想:

以二路归并为例子
其实说白了只有一句话
先分割再合并


  1. 给定一个数组array[n]
  2. 选取一个中间位置mid吧(只是一个标志,不要太care,注意inside,not outside) 需要排序的开始位置start,需要排序的结束位置end

需要有end和start的原因是因为,万一我们只需要对array的[start,end]进行排序呢?
plus 至于是左闭右开还是都是闭,看你的end的取值咯,只要对应就好
另外(** start>mid>end**)

  1. 那么我们是不是就需要将array[start,mid]姑且称之为array1和array[mid+1,end]姑且称之为array2两个数组排序后进行合并?
  2. 那么3. 提到的那两个数组是不是按照刚才说的是将其排好序后才能merge(归并)在一起?那么问题来了,这两个数组要排序?
  3. 那么这个两个数组(array1和array2)自己的问题就是需要排序
    那么是不是还要对于每个数组按照刚才2.的步骤来一遍?

递归 boom 问题解决了,那么还有一个问题,众所周知,递归除了将步骤跳到前面做重复的工作(代码中就是调用相同的函数) 还需要有一个临界值,也就是什么时候表示我们不递归了? 直到递归到后面拆分的array数组的元素只有一个,是不是就开始回溯了?

over 大致思路就是这样

下面看示例图:注意不同颜色的箭头,首先是(蓝色箭头一层层分下去)然后是(绿色箭头一层层合并排序)

归并排序示例.png

关注细节:

  • 如何将两个已经排好序的数组(比如是array1array2)合并成为一个数组呢?

思路很简单,反正二者都是已经排好序的了,先确定一个临时数组temp
(确保足够长,要满足 temp.length >= array1.length + array2.length)
然后就一个一个比较(假设是从小到大排序),假设i,j=0;
那么就是
①如果array1[i]>array2[j] 那么temp[k]=array1[i]; k++; i++; 否则temp[k] = array2[j]; k++; j++;
②然后接下来接着做①直到其中一个数组已经走到底了,那么就只需要
那么接下来就是将没走到底的全接了temp后面

package mergeSort;

import java.util.Arrays;

/**
 * @author mengf 
 * 将两个有序的数组合并为一个有序的数组的示例 
 * 默认两个数组的排序从小到大
 */
public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = merge(new int[] { 1, 3, 5, 7, 11 }, 
                            new int[] { 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 15 });
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }

    public static int[] merge(int[] array1, int[] array2) {
        // i是array1的索引
        // j是array2的索引
        // k是新数组result的索引
        int i = 0, j = 0, k = 0;
        int length1 = array1.length;
        int length2 = array2.length;
        int[] result = new int[length1 + length2];
        while (i < length1 && j < length2) {
            // if (array1[i]<array2[j]) {
            //  result[k] = array1[i];
            //  i++;
            // }else {
            //  result[k] = array2[j];
            //  j++;
            // }
            // k++;
            // 上面注释掉的这段代码可以用一下一句来表示
            // 第一次发现三目运算符是如此的清爽
            result[k++] = array1[i] < array2[j] ? array1[i++] : array2[j++];
        }
        if (i < length1) {
            while (i < length1) {
                result[k++] = array1[i++];
            }
        } else if (j < length2) {
            while (j < length2) {
                result[k++] = array2[j++];
            }
        }
        return result;
    }
}

然后解决了思路的拆分问题(递归),也解决了将拼起来的两个有序数组merge起来的问题,那么这个算法应该是没有问题的了!
接下来我们开始上代码!

package mergeSort;

import java.util.Arrays;

public class MergeSort {
    /**
     * 默认size是10 可以自行设定 扩容 一般设置为size是需要排序的数组的长度就好了
     */
    private static int temp[] = new int[10];

    public static void setBufferSize(int length) {
        temp = new int[length];
    }

    public static void main(String[] args) {
        int array[] = new int[]{
                10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,0,-1,-10,-13,24
        };
        setBufferSize(array.length);
        //闭区间 所以length-1
        mergeSort(array, 0, array.length-1);
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }

    public static void mergeSort(int[] array, int start, int end) {
        if (start == end) {
            return ;
        }
        int mid = start + (end - start) / 2;
        mergeSort(array, start, mid);
        mergeSort(array, mid + 1, end);
        merge(array, start, mid, mid + 1, end);
        return;
    }

    private static void merge(int[] array,int start1,int end1,int start2,int end2) {
        int i = start1;
        int j = start2;
        int k = 0;
        
        while (i <= end1 && j <= end2) {
            temp[k++] = array[i] < array[j] ? array[i++]:array[j++];
        }
        while (i <= end1) {
            temp[k++] = array[i++];
        }
        while (j <= end2) {
            temp[k++] = array[j++];
        }
        //将temp的复制到对应的[start1,end1] [start2,end2]
        k = 0 ;
        for(int index = start1 ; index <= end1 ; index++){
            array[index] = temp[k++];
        }
        for(int index = start2 ; index <= end2 ; index++){
            array[index] = temp[k++];
        }
    }
}

测试的是成功的,但是不知道是不是最优的做法,我只是按照思路自行写了一遍,大家可以参考其他网站的写法,毕竟这些常见排序算法的讲解到处都是!
如果有更好的更优雅的书写方式,可以指出来,sharing is important!


我还是想吐槽啊,简书为啥不能可以修改文字的颜色,不需要太多颜色,就红色我也满足了啊!!!我也不是想搞得花哨,只是觉得黑白还是太单调了,粗体有的时候也不能满足我想要强调的心情。

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