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  • 归并排序的C++实现

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    归并排序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 and Conquer)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。

    归并过程为:比较a[i]和a[j]的大小,若a[i]≤a[j],则将第一个有序表中的元素a[i]复制到r[k]中,并令i和k分别加上1;否则将第二个有序表中的元素a[j]复制到r[k]中,并令j和k分别加上1,如此循环下去,直到其中一个有序表取完,然后再将另一个有序表中剩余的元素复制到r中从下标k到下标t的单元。归并排序的算法我们通常用递归实现,先把待排序区间[s,t]以中点二分,接着把左边子区间排序,再把右边子区间排序,最后把左区间和右区间用一次归并操作合并成有序的区间[s,t]。

    以上内容来自百度百科

    归并排序主要分为两部分:

    1、划分子区间

    2、合并子区间

    现在以 9,6,7,22,20,33,16,20 为例讲解上面两个过程:

    第一步,划分子区间:每次递归的从中间把数据划分为左区间和右区间。原始区间为[start,end],start=0,end=[length-1],减一是因为数组的下标从0开始,本例中length=8,end=7.现在从中间元素划分,划分之后的左右区间分别为 [start,(end-start+1)/2+start],右区间为[(end-start+1)/2+start+1,end],本例中把start和end带入可以得到[0,7],划分后的左右子区间为[0,4],[5,7],然后分别对[start,end]=[0,4]和[start,end]=[5,7]重复上一步过程,直到每个子区间只有一个或者两个元素。整个分解过程为:

    子区间划分好以后,分别对左右子区间进行排序,排好序之后,在递归的把左右子区间进行合并,整个过程如下图所示:

    现在看代码:

     1 void merge_sort(int *data, int start, int end, int *result)
     2 {
     3     if(1 == end - start)//如果区间中只有两个元素,则对这两个元素进行排序
     4     {
     5         if(data[start] > data[end])
     6         {
     7             int temp  = data[start];
     8             data[start] = data[end];
     9             data[end] = temp;
    10         }
    11         return;
    12     }
    13     else if(0 == end - start)//如果只有一个元素,则不用排序
    14         return;
    15     else
    16     {
    17         //继续划分子区间,分别对左右子区间进行排序
    18         merge_sort(data,start,(end-start+1)/2+start,result);
    19         merge_sort(data,(end-start+1)/2+start+1,end,result);
    20         //开始归并已经排好序的start到end之间的数据
    21         merge(data,start,end,result);
    22         //把排序后的区间数据复制到原始数据中去
    23         for(int i = start;i <= end;++i)
    24             data[i] = result[i];
    25     }
    26 }

    merge的过程为:

     1 void merge(int *data,int start,int end,int *result)
     2 {
     3     int left_length = (end - start + 1) / 2 + 1;//左部分区间的数据元素的个数
     4     int left_index = start;
     5     int right_index = start + left_length;
     6     int result_index = start;
     7     while(left_index < start + left_length && right_index < end+1)
     8     {
     9         //对分别已经排好序的左区间和右区间进行合并
    10         if(data[left_index] <= data[right_index])
    11             result[result_index++] = data[left_index++];
    12         else
    13             result[result_index++] = data[right_index++];
    14     }
    15     while(left_index < start + left_length)
    16         result[result_index++] = data[left_index++];
    17     while(right_index < end+1)
    18         result[result_index++] = data[right_index++];
    19 }

    现在对程序进行测试:

     1 int main()
     2 {
     3     int data[] = {9,6,7,22,20,33,16,20};
     4     const int length = 8;
     5     int result[length];
     6     cout << "Before sorted:" << endl;
     7     for(int i = 0;i < length;++i)
     8         cout << data[i] << "  ";
     9     cout << endl;
    10     cout << "After sorted:" << endl;
    11     merge_sort(data,0,length-1,result);
    12     for(int i = 0;i < length;++i)
    13         cout << data[i] << "  ";
    14     cout << endl;
    15 
    16     return 0;
    17 }

    程序运行结果如下:

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