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一、基本思想
归并排序算法是将两个(或两个以上)有序表合并成一个新的有序表,即把待排序序列分为若干个子序列,使每个子序列有序,再将已有序的子序列合并,得到完全有序的序列。该算法是采用分治法(Divide and Conquer)的一个非常典型的应用。
二、算法过程
归并主要做两件事:
1)“分解”——将序列每次折半划分。
2)“合并”——将划分后的序列段两两合并后排序。
三、算法图解及PHP代码实现
1、递归——自顶向下
递归过程是将待排序数组一分为二,直至排序数组就剩下一个元素为止,然后不断的合并两个排好序的数组
其中,合并过程如下(以第2趟归并为例):
PHP代码如下:
<?php // 递归 function mergeSort(&$arr, $left, $right) { if ($left < $right) { // 找出中间索引 $mid = floor(($left + $right) / 2); // 对左边数组进行递归 mergeSort($arr, $left, $mid); // 对右边数组进行递归 mergeSort($arr, $mid + 1, $right); // 合并 merge($arr, $left, $mid, $right); } } // 将两个有序数组合并成一个有序数组 function merge(&$arr, $left, $mid, $right) { $i = $left; // 左数组的下标 $j = $mid + 1; // 右数组的下标 $temp = array();// 临时合并数组 // 扫描第一段和第二段序列,直到有一个扫描结束 while ($i <= $mid && $j <= $right) { // 判断第一段和第二段取出的数哪个更小,将其存入合并序列,并继续向下扫描 if ($arr[$i] < $arr[$j]) { $temp[] = $arr[$i]; $i++; } else { $temp[] = $arr[$j]; $j++; } } // 比完之后,假如左数组仍有剩余,则直接全部复制到 temp 数组 while ($i <= $mid) { $temp[] = $arr[$i]; $i++; } // 比完之后,假如右数组仍有剩余,则直接全部复制到 temp 数组 while ($j <= $right) { $temp[] = $arr[$j]; $j++; } // 将合并序列复制到原始序列中 for($k = 0; $k < count($temp); $k++) { $arr[$left + $k] = $temp[$k]; } } // 测试 $arr = [85, 24, 63, 45, 17, 31, 96]; mergeSort($arr, 0, count($arr) - 1); print_r($arr); 2、非递归——自底向上
非递归过程是将待排序数组看成n个长度为1的子序列,数组中的相邻元素两两配对,将他它们排序后,构成n/2组长度为2的排序好的子数组段,然后再将他们排序成长度为4的子数组段,如此继续下去,直至整个数组排好序。
不管递归还是非递归,其合并的逻辑都是一样的。
PHP代码如下:
<?php //非递归 function mSort(&$arr) { $len = count($arr); $size = 1; while ($size <= $len - 1) { // 从第一个元素开始扫描,left 代表第一个分割的序列的第一个元素 $left = 0; while ($left + $size <= $len - 1) { // mid 代表第一个分割的序列的最后一个元素 $mid = $left + $size - 1; //right 代表第二个分割的序列的最后一个元素 $right = $mid + $size; if ($right > $len - 1) { // 如果第二个序列个数不足size个 //调整 right 为最后一个元素的下标即可 $right = $len - 1; } // 调用归并函数,进行分割的序列的分段排序 merge($arr, $left, $mid, $right); $left = $right + 1; } $size *= 2; // 范围扩大一倍 } } // 将两个有序数组合并成一个有序数组 function merge(&$arr, $left, $mid, $right) { $i = $left; // 左数组的下标 $j = $mid + 1; // 右数组的下标 $temp = array();// 临时合并数组 // 扫描第一段和第二段序列,直到有一个扫描结束 while ($i <= $mid && $j <= $right) { // 判断第一段和第二段取出的数哪个更小,将其存入合并序列,并继续向下扫描 if ($arr[$i] < $arr[$j]) { $temp[] = $arr[$i]; $i++; } else { $temp[] = $arr[$j]; $j++; } } // 比完之后,假如左数组仍有剩余,则直接全部复制到 temp 数组 while ($i <= $mid) { $temp[] = $arr[$i]; $i++; } // 比完之后,假如右数组仍有剩余,则直接全部复制到 temp 数组 while ($j <= $right) { $temp[] = $arr[$j]; $j++; } // 将合并序列复制到原始序列中 /*for($k = 0; $k < count($temp); $k++) { $arr[$left + $k] = $temp[$k]; }*/ for ($i = $left, $k = 0; $i <= $right; $i++, $k++) { $arr[$i] = $temp[$k]; } } // 测试 $arr = [85, 24, 63, 45, 17, 31, 96, 1]; mSort($arr); print_r($arr);
四、效率分析 1、时间复杂度:O(nlogn)
最好情况、最坏情况和平均时间复杂度均为O(nlogn);
2、空间复杂度:O(n)
算法处理过程中,需要一个大小为 n 的临时存储空间保存合并序列,所以空间复杂度为O(n)。
3、稳定性:稳定
在归并排序中,相等的元素的顺序不会改变,所以它是稳定排序。
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2022-08-18
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