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Yudong Jin
2023-01-09 22:39:30 +08:00
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「归并排序 Merge Sort」是算法中“分治思想”的典型体现,其有「划分」和「合并」两个阶段:
1. **划分阶段** 通过递归不断 **将数组从中点位置划分开**,将长数组的排序问题转化为短数组的排序问题;
2. **合并阶段** 划分到子数组长度为 1 时,开始向上合并,不断将 **左、右两个短排序数组** 合并为 **一个长排序数组**,直至合并至原数组时完成排序;
1. **划分阶段**通过递归不断 **将数组从中点位置划分开**,将长数组的排序问题转化为短数组的排序问题;
2. **合并阶段**划分到子数组长度为 1 时,开始向上合并,不断将 **左、右两个短排序数组** 合并为 **一个长排序数组**,直至合并至原数组时完成排序;
![merge_sort_preview](merge_sort.assets/merge_sort_preview.png)
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## 算法流程
**「递归划分」** 从顶至底递归地 **将数组从中点切为两个子数组** ,直至长度为 1
**「递归划分」** 从顶至底递归地 **将数组从中点切为两个子数组**,直至长度为 1
1. 计算数组中点 `mid` ,递归划分左子数组(区间 `[left, mid]` )和右子数组(区间 `[mid + 1, right]` );
2. 递归执行 `1.` 步骤,直至子数组区间长度为 1 时,终止递归划分;
**「回溯合并」** 从底至顶地将左子数组和右子数组合并为一个 **有序数组**
需要注意,由于从长度为 1 的子数组开始合并,所以 **每个子数组都是有序的** 。因此,合并任务本质是要 **将两个有序子数组合并为一个有序数组**
需要注意,由于从长度为 1 的子数组开始合并,所以 **每个子数组都是有序的**。因此,合并任务本质是要 **将两个有序子数组合并为一个有序数组**
=== "Step1"
![merge_sort_step1](merge_sort.assets/merge_sort_step1.png)
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观察发现,归并排序的递归顺序就是二叉树的「后序遍历」。
- **后序遍历** 先递归左子树、再递归右子树、最后处理根结点。
- **归并排序** 先递归左子树、再递归右子树、最后处理合并。
- **后序遍历**先递归左子树、再递归右子树、最后处理根结点。
- **归并排序**先递归左子树、再递归右子树、最后处理合并。
=== "Java"
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## 算法特性
- **时间复杂度 $O(n \log n)$ ** 划分形成高度为 $\log n$ 的递归树,每层合并的总操作数量为 $n$ ,总体使用 $O(n \log n)$ 时间。
- **空间复杂度 $O(n)$ ** 需借助辅助数组实现合并,使用 $O(n)$ 大小的额外空间;递归深度为 $\log n$ ,使用 $O(\log n)$ 大小的栈帧空间。
- **非原地排序** 辅助数组需要使用 $O(n)$ 额外空间。
- **稳定排序** 在合并时可保证相等元素的相对位置不变。
- **非自适应排序** 对于任意输入数据,归并排序的时间复杂度皆相同。
- **时间复杂度 $O(n \log n)$** 划分形成高度为 $\log n$ 的递归树,每层合并的总操作数量为 $n$ ,总体使用 $O(n \log n)$ 时间。
- **空间复杂度 $O(n)$** 需借助辅助数组实现合并,使用 $O(n)$ 大小的额外空间;递归深度为 $\log n$ ,使用 $O(\log n)$ 大小的栈帧空间。
- **非原地排序**辅助数组需要使用 $O(n)$ 额外空间。
- **稳定排序**在合并时可保证相等元素的相对位置不变。
- **非自适应排序**对于任意输入数据,归并排序的时间复杂度皆相同。
## 链表排序 *