N(logN) 时间复杂度の排序算法

这里讨论N(logN)的常见算法。

• Merge Sort
• Quick Sort
• Heap Sort

输入暂时都是整型数组 int[]

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Merge sort

public class MergeSort {
    private int[] mergeSort(int[] num, int start, int end) {
        if (num == null || num.length == 0) {
            return num;
        }
        if (start >= end) {
            return new int[]{num[start]}; // divide until only one element left (return condition for recursion)
        }
        int middle = start + (end - start) / 2; // in case of: start = 1, end = Integer.MAX_VALUE, (start + end) will be out of bound
        int[] left = mergeSort(num, start, middle);
        int[] right = mergeSort(num, middle + 1, end);
        return merge(left, right);
    }
    
    private int[] merge(int[] left, int[] right) {
        int[] temp = new int[left.length + right.length];
        int i = 0, j = 0, index = 0;
        while (i < left.length && j < right.length) {
            temp[index] = Math.min(left[i], right[j]);
            if (left[i] < right[j]) {
                i++;
            } else {
                j++;
            }
            index++;
        }
        while (i < left.length) {
            temp[index++] =  left[i++];
        }
        while (j < right.length) {
            temp[index++] = right[j++];
        }
        return temp;
    }
}

注意：

1. 当divide到只剩下一个元素的时候（start 等于 end），返回包含此元素的一个新数组。
2. 在取middle值的时候，不要使用(start + end) / 2，请使用模板：start + (end - start) / 2。防止有超出Integer范围的情况。

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Quick sort

public class QuickSort {

    public void quickSort(int[] num) {
        if (num == null || num.length == 0) {
            return;
        }
        sort(num, 0, num.length - 1);
    }

    private void sort(int[] num, int start, int end) {
        if (start >= end) {
            return;
        }
        
        int pivot = num[end];
        int i = start;
        int j = end - 1;
        while (i < j) {
            while (num[i] <= pivot && i < j) {
                i++;
            }
            while (num[j] > pivot && i < j) {
                j--;
            }
            swap(num, i, j);
        }
        // check pivot position
        if (num[i] > pivot) {
            swap(num, i, end);
        } else {
            i++;
        }
        sort(num, start, i - 1);
        sort(num, i + 1, end);
    }
    
    private void swap(int[] num, int i, int j) {
        int temp = num[i];
        num[i] = num[j];
        num[j] = temp;
    }
    
}

Quick sort 是 in-place，而merge sort是至少要花费O(N)的空间。
注意：

1. recursion的终止条件为start跟end相遇。
2. 左边是比pivot小，右边比pivot大
3. 两个指针一个 ++，一个 --

Heap Sort （待续）