排序算法-歸并排序

一、原理解析

歸并排序不像前面講過的幾個排序那樣直觀,為了便于理解,我們先做個問題分解。

假設有兩個已經排序好的數組:

let arrLeft = [1, 3, 4, 7]
let arrRight = [2, 5, 6, 9]
如何把這兩個已排序好的數組合并成一個排序好的數組呢?

可以新建一個空數組arrResult,比較arrLeft 第一位和 arrRight 第一位,哪個小就把這個數組的第一位拿出來push到空數組里。然后反復執行上面的邏輯,直到arrLeft或者arrRight其中一個變為空數組。最后再把另一個不為空的全部拿出來 push 到arrResult。 以下是代碼:

function merge(leftArr, rightArr) {
    var resultArr = []
    while(leftArr.length && rightArr.length) {
      resultArr.push(leftArr[0] <= rightArr[0] ? leftArr.shift() : rightArr.shift())
    }
    return resultArr.concat(leftArr).concat(rightArr)
  }

那回頭看看我們要真實解決的問題,如何對一個未排序的數組進行排序呢?

對于如下數組:

let arr = [4, 1, 2, 6, 9, 7, 3, 5]
我們可以把數組分成兩部分:

let part1 = [4, 1, 2, 6]
let part2 = [9, 7, 3, 5]
假設我們已經寫好了我們最終要實現的排序方法 mergeSort。那么 mergeSort(arr) 等價于merge(mergeSort(part1), mergeSort(part2)) 。 即:對數組 arr 的排序,等價于把數組分兩部分分別對每部分排序得到兩個排序的數組,然后再利用剛剛寫好的merge 方法把兩個已經排序好的數組合并成一個最終排序好的數組。

那mergeSort(part1) 的結果又怎么計算呢?繼續遵循上面的邏輯,對 part1繼續分解,直到分解為對長度為1的數組進行排序(直接返回即可)。

function mergeSort() {
  //待補充
}

mergeSort(arr) 
//等價于
merge(mergeSort(part1), mergeSort(part2))

總結:要排序一個大數組,可以把這個大數組拆分成兩個小數組,把問題轉變成分別排序這兩個小數組,再把排序后的兩個小數組通過簡單的處理方式“歸并為”最終需要的結果。 如何排序這兩個小數組呢?循環剛剛的邏輯,直到數組拆分到極小(數組長度為1,排序的結果就是自己)。

二、代碼實現

以下是 JavaScript 版本的的代碼實現:

function mergeSort(arr) {
  var merge = function(leftArr, rightArr) {
    var resultArr = []
    while(leftArr.length && rightArr.length) {
      resultArr.push(leftArr[0] <= rightArr[0] ? leftArr.shift() : rightArr.shift())
    }
    return resultArr.concat(leftArr).concat(rightArr)
  }
  if(arr.length < 2) return arr
  let mid = arr.length >> 1  //取數組的中位下標,也可以用 parseInt(arr.length/2)
  return merge(mergeSort(arr.slice(0, mid)), mergeSort(arr.slice(mid)))
}

三、復雜度

平均時間復雜度為 O(nlogn),性能極好。

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