数据结构之归并排序算法【图文详解】

P. S.：以下代码均在VS2019环境下测试，不代表所有编译器均可通过。 P. S.：测试代码均未展示头文件stdio.h的声明，使用时请自行添加。
  

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1、归并排序的基本思想

  归并排序的基本思想：

• 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 andConquer）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。 归并排序核心步骤：
  
  
  
  
  

2、归并排序的实现

  归并排序的实现拥有两种方法：

• 递归实现
• 非递归实现

  但归根到底其主要思想不会发生变化，以下是归并排序的动态展示图：

2.1. 归并排序的递归实现

  如上文所展示的效果图可知：

• 对于归并排序，需使用二叉树中后序的思想，将所给目标数组全部类二分，而后进行递归，当所递归数组个数为1时开始归并。
• 将归并后的子数组复制到原数组中对应位置，并开启新一轮的归并，这就需要我们动态开辟一个第三方数组tmp来进行辅助。

  

• 归并排序的递归实现代码如下所示：

void MergeSort(int* a, int* tmp, int begin, int end)
{if (begin >= end)return;int mid = (begin + end) / 2;MergeSort(a, tmp, begin, mid);MergeSort(a, tmp, mid + 1, end);int begin1 = begin, end1 = mid;int begin2 = mid + 1, end2 = end;int i = begin;while (begin1 <= end1 && begin2 <= end2){if (a[begin1] < a[begin2]){tmp[i++] = a[begin1++];}else{tmp[i++] = a[begin2++];}}while (begin1 <= end1){tmp[i++] = a[begin1++];}while (begin2 <= end2){tmp[i++] = a[begin2++];}memcpy(a + begin, tmp + begin, (end - begin + 1) * sizeof(int));
}

2.2. 归并排序的非递归实现

  其思想与递归并无差别，区别在于操作方式：

• 在递归实现中，我们使用类二分的方法将原目标数组分为2份依次进行二分的归并递归，而在非递归中，我们不再使用类二分的方法，而是直接在原数组上进行操作。
• 在逻辑上认为原数组已经进行处于递归的过程，即：令gap = 1
• 第一次对每一个元素进行归并，归并完成后，令 gap *= 2。
• 第二次对每两个元素进行归并，归并完成后，令 gap *= 2。
• …
• 第n 次对每2^(n-1)个元素进行归并，归并完成后，令 gap *= 2。
• 直到gap大于元素原本数组个数时，结束。
  
• 归并排序的非递归实现代码如下：

void MergeSortNonR(int* a, int n)
{int* tmp = (int*)malloc(sizeof(int) * n);if (tmp == NULL){perror("MergeSortNonR: malloc fail");return;}int gap = 1;while (gap < n){for (int i = 0; i < n; i += 2 * gap){int begin1 = i, end1 = i + gap - 1;int begin2 = i + gap, end2 = i + 2 * gap - 1;if (begin2 >= n)对程序代码的优化，防止越界break;if (end2 >= n)对程序代码的优化，防止越界end2 = n - 1;int j = i;while (begin1 <= end1 && begin2 <= end2){if (a[begin1] < a[begin2])tmp[j++] = a[begin1++];elsetmp[j++] = a[begin2++];}while (begin1 <= end1)tmp[j++] = a[begin1++];while (begin2 <= end2)tmp[j++] = a[begin2++];memcpy(a + i, tmp + i, sizeof(int) * (end2 - i + 1));}printf("\n");gap *= 2;}free(tmp);tmp = NULL;
}

3、归并排序非递归方法实现的常见问题

  在使用非递归方法实现归并排序时，我们通常无法精确掌握其归并数组的左右区间，例如下图：

  图中所展示的示例数组拥有十九个元素，但在归并过程中会发生越界行为，出现bug。

  但通过途中所展示我们不难发现，出现越界的数组一般为右子数组，当右子树组的右下标出现越界时，我们可直接对其右下标进行修正即可，当右子树组的左下标越界时，就说明左子数组已经归并完成，我们可直接跳出循环进行下一次归并，直到整个数组归并完成即可。

4、结语

  十分感谢您观看我的原创文章。
  本文主要用于个人学习和知识分享，学习路漫漫，如有错误，感谢指正。
  如需引用，注明地址。