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歸并排序:歸并操作的一種有效排序算法
歸并排序是建立在歸并操作上的一種有效的排序算法。該算法是采用分治法(Divide and Conquer)的一個非常典型的應(yīng)用。
首先考慮下如何將將二個有序數(shù)列合并。這個非常簡單,只要從比較二個數(shù)列的第一個數(shù),誰小就先取誰,取了后就在對應(yīng)數(shù)列中刪除這個數(shù)。然后再進(jìn)行比較,如果有數(shù)列為空,那直接將另一個數(shù)列的數(shù)據(jù)依次取出即可。
- //將有序數(shù)組a[]和b[]合并到c[]中
- void MemeryArray(int a[], int n, int b[], int m, int c[])
- {
- int i, j, k;
- i = j = k = 0;
- while (i < n && j < m)
- {
- if (a[i] < b[j])
- c[k++] = a[i++];
- else
- c[k++] = b[j++];
- }
- while (i < n)
- c[k++] = a[i++];
- while (j < m)
- c[k++] = b[j++];
- }
可以看出合并有序數(shù)列的效率是比較高的,可以達(dá)到O(n)。
解決了上面的合并有序數(shù)列問題,再來看歸并排序,其的基本思路就是將數(shù)組分成二組A,B,如果這二組組內(nèi)的數(shù)據(jù)都是有序的,那么就可以很方便的將這二組數(shù)據(jù)進(jìn)行排序。如何讓這二組組內(nèi)數(shù)據(jù)有序了?
可以將A,B組各自再分成二組。依次類推,當(dāng)分出來的小組只有一個數(shù)據(jù)時,可以認(rèn)為這個小組組內(nèi)已經(jīng)達(dá)到了有序,然后再合并相鄰的二個小組就可以了。這樣通過先遞歸的分解數(shù)列,再合并數(shù)列就完成了歸并排序。
- //將有二個有序數(shù)列a[first...mid]和a[mid...last]合并。
- void mergearray(int a[], int first, int mid, int last, int temp[])
- {
- int i = first, j = mid + 1;
- int m = mid, n = last;
- int k = 0;
- while (i <= m && j <= n)
- {
- if (a[i] <= a[j])
- temp[k++] = a[i++];
- else
- temp[k++] = a[j++];
- }
- while (i <= m)
- temp[k++] = a[i++];
- while (j <= n)
- temp[k++] = a[j++];
- for (i = 0; i < k; i++)
- a[first + i] = temp[i];
- }
- void mergesort(int a[], int first, int last, int temp[])
- {
- if (first < last)
- {
- int mid = (first + last) / 2;
- mergesort(a, first, mid, temp); //左邊有序
- mergesort(a, mid + 1, last, temp); //右邊有序
- mergearray(a, first, mid, last, temp); //再將二個有序數(shù)列合并
- }
- }
- bool MergeSort(int a[], int n)
- {
- int *p = new int[n];
- if (p == NULL)
- return false;
- mergesort(a, 0, n - 1, p);
- delete[] p;
- return true;
- }
歸并排序的效率是比較高的,設(shè)數(shù)列長為N,將數(shù)列分開成小數(shù)列一共要logN步,每步都是一個合并有序數(shù)列的過程,時間復(fù)雜度可以記為O(N),故一共為O(N*logN)。因?yàn)闅w并排序每次都是在相鄰的數(shù)據(jù)中進(jìn)行操作,所以歸并排序在O(N*logN)的幾種排序方法(快速排序,歸并排序,希爾排序,堆排序)也是效率比較高的。
在本人電腦上對冒泡排序,直接插入排序,歸并排序及直接使用系統(tǒng)的qsort()進(jìn)行比較(均在Release版本下)
對20000個隨機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行測試:
對50000個隨機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行測試:
再對200000個隨機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行測試:
注:有的書上是在mergearray()合并有序數(shù)列時分配臨時數(shù)組,但是過多的new操作會非常費(fèi)時。因此作了下小小的變化。只在MergeSort()中new一個臨時數(shù)組。后面的操作都共用這一個臨時數(shù)組。