2-路归并排序(C代码)及其时间复杂度的具体分析

归并含义

归并的含义是把两个(或两个以上)有序表合并成一个新的有序表。


归并排序的原理

归并排序是即把长度为n的序列分成n个长度为1的子序列,,然后把有序子序列合并成整体有序序列,这个过程也称为2-路归并.注意:归并排序的一种稳定排序,即相等元素的顺序不会改变.

归并排序的步骤

       Divide: 把长度为n的输入序列分成两个长度为n/2的子序列。

       Conquer: 对这两个子序列分别采用归并排序。      

       Combine: 将两个排序好的子序列合并成一个最终的排序序列。


下面是递归形式的实现代码:

[cpp]  view plain copy
  1. #include  
  2.   
  3. //将有二个有序子数组a[begin...mid]和a[mid+1...end]合并。  
  4. void MergeArray(int a[],int begin,int mid,int end,int temp[])  
  5. {  
  6.     int i=begin,j=mid+1;  
  7.     int m=mid,n=end;  
  8.     int k=0;  
  9.   
  10.     while(i<=m && j<=n)  
  11.     {  
  12.         if(a[i]<=a[j])  
  13.             temp[k++]=a[i++];  
  14.         else  
  15.             temp[k++]=a[j++];  
  16.     }  
  17.     while(i<=m)  
  18.         temp[k++]=a[i++];  
  19.     while(j<=n)  
  20.         temp[k++]=a[j++];  
  21.       
  22.     //把temp数组中的结果装回a数组  
  23.     for(i=0;i
  24.         a[begin+i]=temp[i];  
  25. }  
  26.   
  27. void mergesort(int a[],int begin,int end,int temp[])  
  28. {  
  29.     if(begin
  30.     {  
  31.         int mid = (begin+end)/2;  
  32.         mergesort(a,begin,mid,temp);   //左边有序  
  33.         mergesort(a,mid+1,end,temp);   //右边有序  
  34.         MergeArray(a,begin,mid,end,temp); //将左右两边有序的数组合并  
  35.     }  
  36. }  
  37. int main()  
  38. {  
  39.     int num[10]={2,5,9,3,6,1,0,7,4,8};  
  40.     int temp[10];  
  41.     mergesort(num,0,9,temp);  
  42.     for(int i=0;i<10;i++)  
  43.     {  
  44.         printf("%d",num[i]);  
  45.     }  
  46.     printf("\n");  
  1. }  

时间复杂度:

       这是一个递推公式(Recurrence),我们需要消去等号右侧的T(n),把T(n)写成n的函数。其实符合一定条件的Recurrence的展开有数学公式可以套,这里我们略去严格的数学证明,只是从直观上看一下这个递推公式的结果。当n=1时可以设T(1)=c1,当n>1时可以设T(n)=2T(n/2)+c2n,我们取c1和c2中较大的一个设为c,把原来的公式改为:

       这样计算出的结果应该是T(n)的上界。下面我们把T(n/2)展开成2T(n/4)+cn/2(下图中的(c)),然后再把T(n/4)进一步展开,直到最后全部变成T(1)=c(下图中的(d)):

       把图(d)中所有的项加起来就是总的执行时间。这是一个树状结构,每一层的和都是cn,共有lgn+1层,因此总的执行时间是cnlgn+cn,相比nlgn来说,cn项可以忽略,因此T(n)的上界是Θ(nlgn)。

       如果先前取c1和c2中较小的一个设为c,计算出的结果应该是T(n)的下界,然而推导过程一样,结果也是Θ(nlgn)。既然T(n)的上下界都是Θ(nlgn),显然T(n)就是Θ(nlgn)。


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