Java数据结构和算法之归并排序(详细图解)

归并排序介绍:

归并排序(MERGE-SORT)是利用归并的思想实现的排序方法,该算法采用经典的分治(divide-and-conquer)策略(分治法将问题分(divide)成一些小的问题然后递归求解,而治(conquer)的阶段则将分的阶段得到的各答案"修补"在一起,即分而治之)。

归并排序思想示意图1-基本思想:

Java数据结构和算法之归并排序(详细图解)_第1张图片

归并排序思想示意图2-合并相邻有序子序列:

再来看看治阶段,我们需要将两个已经有序的子序列合并成一个有序序列,比如上图中的最后一次合并,要将[4,5,7,8]和[1,2,3,6]两个已经有序的子序列,合并为最终序列[1,2,3,4,5,6,7,8],来看下实现步骤
Java数据结构和算法之归并排序(详细图解)_第2张图片
Java数据结构和算法之归并排序(详细图解)_第3张图片

代码如下:

package com.guigu.sort;

import java.util.Arrays; 

public class MergeSortDemo { 
	
	public static void main(String[] args) {
		
		int[] arr = {20,45,46,13,78};
		int[] temp = new int[arr.length]; //辅助数组
		mergeSort(arr, 0, arr.length - 1, temp);
		
		System.out.println(Arrays.toString(arr));
	}
	
	
	public static void mergeSort(int[] arr, int left, int right, int[] temp) {
		
		if(left < right) {
			int mid = (left + right) / 2;
			
			mergeSort(arr, left, mid, temp);
			mergeSort(arr, mid + 1, right, temp);
			 
			merge(arr, left, mid, right, temp);
		}
		
	}
	
	//合并的方法
	/**
	 * @param arr 排序的原始数组
	 * @param left 左边有序序列的初始索引
	 * @param mid 中间索引
	 * @param right 右边索引
	 * @param temp 做中转的数组
	 */
	public static void merge(int[] arr, int left, int mid, int right, int[] temp) {
		
		int t = 0;  // 指向temp数组的当前索引
		int j = left; // 初始化j, 左边有序序列的初始索引
		int k = mid + 1; //初始化k, 右边有序序列的初始索引
		
		// (一)
		// 先把左右两边(有序)的数据按照规则填充到temp数组
		// 直到左右两边的有序序列,有一边处理完毕为止
		while(j <= mid && k <= right) {
			//如果左边的有序序列的当前元素,小于等于右边有序序列的当前元素
			//即将左边的当前元素,填充到 temp数组 
			//然后 t++, j++
			if(arr[j] <= arr[k]) {
				temp[t] = arr[j];
				j += 1;
				t += 1;
			}else { // 反之,将右边有序序列的当前元素,填充到temp数组
				temp[t] = arr[k];
				k += 1;
				t += 1;
			}
		}
		
		//(二)
		//把有剩余数据的一边的数据依次全部填充到temp
		while(j <= mid) { //左边的有序序列还有剩余的元素,就全部填充到temp
			temp[t] = arr[j];
			j += 1;
			t += 1;
		}
		
		while(k <= right) { //右边的有序序列还有剩余的元素,就全部填充到temp
			temp[t] = arr[k];
			k += 1;
			t += 1;
		}
		
		//(三)
		// 将temp数组的元素拷贝到arr
		// 注意,并不是每次都拷贝所有
		t = 0;
		int cur = left;
		// 第一次合并 tempLeft = 0 , right = 1 //  tempLeft = 2  right = 3 // tL=0 ri=3
		// 最后一次 tempLeft = 0  right = 7
		while(cur <= right) {
			arr[cur] = temp[t];
			cur += 1;
			t += 1;
		}
	}
}

运行结果:

Java数据结构和算法之归并排序(详细图解)_第4张图片
总结: 归并排序运用的是分治思想,这个典型算法能充分体现分治的思想。这个题的难点在于合并时,首先你要对两个数组进行合并,然后再看那个先合并完了或者同时合并完了。接着就是最后的数组拷贝,你每次合并时 left 和 right 的范围是变得,而每次temp里面的元素个数刚好是right - left + 1 (也就是遍历时从left 遍历到 right),这个地方可以好好理解下。

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