归并排序 & 快速排序

归并排序

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]。

 

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1、归并排序

• Merge Sort

• mergeSort.h:

• #include <assert.h>
  
  
  
  #include <stdio.h>
  
  
  
  #include <stdlib.h>
  
  
  
  void merge (int a[], int b[], int c[], int m, int n);
  
  
  
  void mergesort (int key[], int n);
  
  
  
  void wrt (int key[], int sz);

• .

• .

• merge.c:

• /* Merge a[] of size m and b[] of size n into c[]. */
  
  
  
  #include "mergesort.h"
  
  
  
  void merge (int a[], int b[], int c[], int m, int n)
  
  
  
  {
  
  
  
   int i = 0, j = 0, k = 0;
  
  
  
   ;
  
  
  
   while (i < m && j < n)
  
  
  
       if (a[i] < b[j])
  
  
  
           c[k++] = a[i++];
  
  
  
       else
  
  
  
           c[k++] = b[j++];
  
  
  
   ;
  
  
  
   while (i < m)               /* pick up any remainder */
  
  
  
       c[k++] = a[i++];
  
  
  
   ;
  
  
  
   while (j < n)
  
  
  
       c[k++] = b[j++];
  
  
  
  }

• .

• .

• mergesort.c:

• /* Mergesort: Use merge() to sort an array of size n. */
  
  
  
  #include "mergesort.h"
  
  
  
  void mergesort (int key[], int n)
  
  
  
  {
  
  
  
   int j, k, m, *w;
  
  
  
   for (m = 1; m < n; m *= 2)
  
  
  
   ;                           /* m is a power of 2 */
  
  
  
   if (n < m) {
  
  
  
       printf("ERROR: Array size not a power of 2 - bye! \n");
  
  
  
       exit(1);
  
  
  
   }
  
  
  
   w = calloc (n, sizeof(int));    /* allocate workspace */
  
  
  
   assert(w != NULL);              /* check that calloc() worked */
  
  
  
   for (k = 1; k < n; k *=2)
  
  
  
   {
  
  
  
       for (j = 0; j < n-k; j += 2*k)
  
  
  
           /* Merge two subarrays of key[] into a subarray of w[]. */
  
  
  
           merge(key + j, key+j+k, w+j, k, k)
  
  
  
       for (j = 0; j < n; ++j)
  
  
  
           key[j] = w[j];          /* write w back into key */
  
  
  
   }
  
  
  
   free(w);                        /* free the workspace */
  
  
  
  }

• .

• .

• main.c:

• /* Test merge() and mergesort(). */
  
  
  
  #include "mergesort.h"
  
  
  
  int main(void)
  
  
  
  {
  
  
  
   int sz, key[] = { 4, 3, 1, 67, 55, 8, 0, 4,
  
  
  
                     -5, 37, 7, 4, 2, 9, 1, -1
  
  
  
                   };
  
  
  
   sz = sizeof(key) / sizeof(int); /* the size of key[] */
  
  
  
   printf("Before mergesort:\n");
  
  
  
   wrt(key, sz);
  
  
  
   mergesort(key, sz);
  
  
  
   printf("After mergesort:\n");
  
  
  
   wrt(key, sz);
  
  
  
   return 0;
  
  
  
  }

• .

• .

• wrt.c:

  #include "mergesort.h"
  
  
  
  void wrt(int key[], int sz)
  
  
  
  {
  
  
  
   int i;
  
  
  
   for (i = 0; i < sz; ++i)
  
  
  
       printf("%4d %s", key[i], ((i < sz-1) ? " " : "\n"));
  
  
  
  }

•  

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快速排序

快速排序（Quicksort）是对冒泡排序的一种改进。

 

基本思想：－－二分查找

　　通过一趟排序将要排序的数据分割成独立的两部分，其中一部分的所有数据都比另外一部分的所有数据都要小，然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序，整个排序过程可以递归进行，以此达到整个数据变成有序序列。

 

快速排序图

 

1. 设要排序的数组是A[0]……A[N-1]。首先任意选取一个数据（通常选用数组的第一个数）作为关键数据，然后将所有比它小的数都放到它前面，所有比它大的数都放到它后面，这个过程称为一趟快速排序。

2. 快速排序不是一种稳定的排序算法，也就是说，多个相同的值的相对位置也许会在算法结束时产生变动。

 

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2、快速排序

• Quick Sort

• /* Quicksort! Pointer version with macros. */
  
  
  
  #define swap(x, y) {int t; t = x; x = y; y = t;}
  
  
  
  #define order(x, y) if (x > y) swap(x, y)
  
  
  
  #define o2(x, y) order(x, y)
  
  
  
  #define o3(x, y, z) o2(x, y); o2(x, z); ow(y, z)
  
  
  
  #typedef enum {yes, no} yes_no;
  
  
  
  static yes_no find_pivot(int *left, int *right, int *pivot_ptr);
  
  
  
  static int     *partition(int *left, int *right, int pivot);

• .

• .

• .//利用“递归”实现，基本思路：“分治法” quicksort(a, a+N-1);

• void quicksort(int *left, int *right)
  
  
  
  {
  
  
  
   int *p, pivot;
  
  
  
   if (find_pivot(left, right, &pivot) == yes) {
  
  
  
       p = partition(left, right, pivot);
  
  
  
       quicksort(left, p-1);
  
  
  
       quicksort(p, right);
  
  
  
   }
  
  
  
  }

• .

• .

• static yes_no find_pivot(int *left, int *right, int *pivot_ptr)
  
  
  
  {
  
  
  
   int a, b, c, *p;
  
  
  
   a = *left;                              /* left value */
  
  
  
   b = *(left + (right - left) / 2);       /* middle value */
  
  
  
   c = *right;
  
  
  
   ;
  
  
  
   o3(a, b, c);
  
  
  
   if (a < b) {
  
  
  
       *pivot_ptr = b;
  
  
  
       return yes;
  
  
  
   }
  
  
  
   if (b < c) {
  
  
  
       *pivot_ptr = c;
  
  
  
       return yes;
  
  
  
   }
  
  
  
   ;
  
  
  
   for (p = left+1; p <= right; ++p)
  
  
  
       if (*p != *left) {
  
  
  
           *pivot_ptr = (*p < *left) ? *left : *p;
  
  
  
           return yes;
  
  
  
       }
  
  
  
   return no;              /* all elements have the same value */
  
  
  
  }

   

• .

• .

• .// 主要工作由partation()函数完成

• static int *partation(int *left, int *right, int pivot)
  
  
  
  {
  
  
  
   while (left <= right) {
  
  
  
       while (*left < pivot)
  
  
  
           ++left;
  
  
  
       while (*right >= pivot)
  
  
  
           --right;
  
  
  
       if (left < right) {
  
  
  
           swap(*left, *right);
  
  
  
           ++left;
  
  
  
           --right;
  
  
  
       }
  
  
  
   }
  
  
  
   return left;
  
  
  
  }

• .

• .

• ex:

• 使用“快速”排序，高效率，复杂度：n log n

 

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PS：

递归

递归算法一般用于解决三类问题：

(1)数据的定义是按递归定义的。（ Fibonacci函数）

 

(2)问题解法按递归算法实现。

这类问题虽则本身没有明显的递归结构，但用递归求解比迭代求解更简单，如Hanoi问题。

 

(3)数据的结构形式是按递归定义的。

如二叉树、广义表等，由于结构本身固有的递归特性，则它们的操作可递归地描述。

 

递归的缺点：

　　递归算法解题相对常用的算法如普通循环等， 运行效率较低。因此，应该尽量避免使用递归，除非没有更好的 算法或者某种特定情况，递归更为适合的时候。 在递归调用的过程当中系统为每一层的返回点、局部量等开辟了栈来存储。递归次数过多容易造成 栈溢出等。

 

递归典型问题： 梵塔问题（ 汉诺塔问题）

　　已知有三根针分别用A, B, C表示，在A中从上到下依次放n个从小到大的盘子，现要求把所有的盘子

从A针全部移到B针，移动规则是：可以使用C临时存放盘子，每次只能移动一块盘子，而且每根针上

不能出现大盘压小盘，找出移动次数最小的方案.

 

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PS：

［ 每日一句 ］

There’s a plan to make all of this right.

 

［ 每天一首英文歌 ］

" Call me maybe " - Carly Rae Jepsen

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