JAVA十大排序算法之归并排序详解

2024-08-25 15:55:44

归并排序

归并，指合并，合在一起。归并排序（Merge Sort）是建立在归并操作上的一种排序算法。其主要思想是分而治之。什么是分而治之？分而治之就是将一个复杂的计算，按照设定的阈值进行分解成多个计算，然后将各个计算结果进行汇总。即“分”就是把一个大的通过递归拆成若干个小的，“治”就是将分后的结果在合在一起。

若将两个有序集合并成一个有序表，称为2-路归并，与之对应的还有多路归并。

怎么分

对于排序最好的情况来讲，就是只有两个元素，这时候比较大小就很简单，但是还是需要比较
如果拆分为左右各一个，无需比较即是有序的。

怎么治

借助一个辅助空数组，把左右两边的数组按照大小比较，按顺序放入辅助数组中即可。

以下面两个有序数组为例：

代码实现

public class MergeSort {
    public static final int[] ARRAY = {8, 5, 6, 4, 3, 1, 7, 2};
    public static int[] sort(int[] array) {
        if (array.length < 2) return array;
        int mid = array.length / 2;
        //分成2组
        int[] left = Arrays.copyOfRange(array, 0, mid);
        int[] right = Arrays.copyOfRange(array, mid, array.length);
        //递归拆分
        return merge(sort(left), sort(right));
    }
    //治---合并
    public static int[] merge(int[] left, int[] right) {
        int[] result = new int[left.length + right.length];
        //i代表左边数组的索引，j代表右边
        for (int index = 0, i = 0, j = 0; index < result.length; index++) {
            if (i >= left.length) {//说明左侧的数据已经全部取完，取右边的数据
                result[index] = right[j++];
            } else if (j >= right.length) {//说明右侧的数据已经全部取完，取左边的数据
                result[index] = left[i++];
            } else if (left[i] > right[j]) {//左边大于右边，取右边的
                int a = right[j++];
                result[index] = a;
            } else {//右边大于左边，取左边的
                result[index] = left[i++];
            }
        }
        return result;
    }
    public static void print(int[] array) {
        for (int i : array) {
            System.out.print(i + "  ");
        }
        System.out.println("");
    }
    public static void main(String[] args) {
        print(ARRAY);
        System.out.println("============================================");
        print(sort(ARRAY));
    }
}

时间复杂度

归并排序方法就是把一组n个数的序列，折半分为两个序列，然后再将这两个序列再分，一直分下去，直到分为n个长度为1的序列。然后两两按大小归并。如此反复，直到最后形成包含n个数的一个数组。

归并排序总时间 = 分解时间 + 子序列排好序时间 + 合并时间

无论每个序列有多少数都是折中分解，所以分解时间是个常数，可以忽略不计，则：

归并排序总时间 = 子序列排好序时间 + 合并时间

假设处理的数据规模大小为 n，运行时间设为：T(n)，则T(n) = n，当 n = 1时，T(1) = 1

由于在合并时，两个子序列已经排好序，所以在合并的时候只需要 if 判断即可，所以n个数比较，合并的时间复杂度为 n。

将 n 个数的序列，分为两个 n/2 的序列，则：T(n) = 2T(n/2) + n
将 n/2 个数的序列，分为四个 n/4 的序列，则：T(n) = 4T(n/4) + 2n
将 n/4 个数的序列，分为八个 n/8 的序列，则：T(n) = 8T(n/8) + 3n
…
将 n/2k 个数的序列，分为2k个 n/2k 的序列，则：T(n) = 2kT(n/2k) + kn

当 T(n/2k) = T(1)时，即n/2k = 1（此时也是把n分解到只有1个数据的时候），转换为以2为底n的对数：k = log2n，把k带入到T(n)中，得：T(n) = n + nlog2n。

使用大O表示法，去掉常数项 n，省略底数 2，则归并排序的时间复杂度为：O(nlogn)

算法稳定性

从原理分析和代码可以看出，为在合并的时候，如果相等，选择前面的元素到辅助数组，所以归并排序是稳定的。

总结

本篇文章就到这里了，希望能给你带来帮助，也希望您能够多多关注我们的更多内容！

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