归并排序(Merge Sort)
归并排序是采用分治法的一个非常典型的应用。归并
排序的思想就是先递归
分解数组,再合
并数组。归并(Merge)排序法是将两个(或两个以上)有序表合并成一个新的有序表,即把待排序序列分为若干个子序列,每个子序列是有序的。然后再把有序子序列合并为整体有序序列。
原理:
先考虑合并两个有序数组,基本思路是比较两个数组的最前面的数,谁小就先取谁,取了后相应的指针就往后移一位。然后再比较,直至一个数组为空,最后把另一个数组的剩余部分复制过来即可。
再考虑递归分解,基本思路是将数组分解成left
和right
,如果这两个数组内部数据是有序的,那么就可以用上面合并数组的方法将这两个数组合并排序。如何让这两个数组内部是有序的?可以再二分,直至分解出的小组只含有一个元素时为止,此时认为该小组内部已有序。然后合并排序相邻二个小组即可。
算法详细描述:
- 把长度为n的输入序列分成两个长度为n/2的子序列;
- 对这两个子序列分别采用归并排序;
- 将两个排序好的子序列合并成一个最终的排序序列。
动图演示:
代码实现:
def merge(left, right):
'''合并操作
将两个有序数组left[]和right[]合并成一个大的有序数组
'''
l, r = 0, 0
result = []
while l < len(left) and r < len(right):
if left[l] < right[r]:
result.append(left[l])
l += 1
else:
result.append(right[r])
r += 1
result += left[l:]
result += right[r:]
return result
def mergeSort(arr):
if len(arr) <= 1: return arr
num = int(len(arr) / 2) #二分分解
left = mergeSort(arr[:num])
right = mergeSort(arr[num:])
return merge(left, right) #合并数组
时间复杂度、空间复杂度及稳定性:
归并排序是一种稳定的排序方法。和选择排序一样,归并排序的性能不受输入数据的影响,但表现比选择排序好的多,因为始终都是O(nlogn)的时间复杂度。代价是需要额外的内存空间。