
【計】 sorting by merging
歸并分類(Merge Sort)是一種基于分治策略的高效排序算法,其英文名稱直譯為"merge"(合并)和"sort"(排序),完整體現了算法的核心操作。根據《計算機算法基礎》(高等教育出版社)定義,該算法通過遞歸地将數據集分割為最小單元,再通過有序合并實現整體排序。
算法實現分三階段:
該算法具備穩定性特征,在等值元素排序時能保持原始相對位置,這一特性使其在數據庫索引構建等領域應用廣泛(ACM Transactions on Database Systems)。其數學表達可表示為: $$ T(n) = 2T(n/2) + O(n) $$ 根據主定理推導可得最優時間複雜度。
當前主流編程語言如Java、Python的标準庫均内置歸并排序實現,如Java的Collections.sort方法在對象排序時即采用改良版TimSort(結合歸并和插入排序)。在數據倉庫預處理等大規模數據處理場景中,歸并排序的穩定性和可預測時間複雜度優勢顯著(《大數據處理技術》清華大學出版社)。
歸并分類(歸并排序,Merge Sort)是一種基于分治法(Divide and Conquer)的高效排序算法,其核心思想是将待排序序列逐步分解為更小的子序列,排序後再合并為有序序列。以下是詳細解釋:
分解(Divide)
将待排序的數組遞歸地分成兩半,直到每個子數組僅包含一個元素(此時默認有序)。
合并(Merge)
将兩個已排序的子數組合并為一個有序數組。合并時通過雙指針依次比較左右子數組的元素,按順序放入臨時數組中,最後将結果複制回原數組。
時間複雜度
所有情況(最好、最壞、平均)均為 $O(n log n)$,適合大規模數據排序。
空間複雜度
$O(n)$,因合并過程需要額外存儲空間。
穩定性
是穩定排序,相等元素的相對位置在排序後保持不變。
算法 | 平均時間複雜度 | 穩定性 | 空間複雜度 | 適用場景 |
---|---|---|---|---|
歸并排序 | $O(n log n)$ | 穩定 | $O(n)$ | 大數據、鍊表排序 |
快速排序 | $O(n log n)$ | 不穩定 | $O(log n)$ | 内存敏感場景 |
堆排序 | $O(n log n)$ | 不穩定 | $O(1)$ | 實時系統、内存受限場景 |
以數組 [38, 27, 43, 3, 9, 82, 10]
為例:
[27, 38]
和 [3, 43]
合并為 [3, 27, 38, 43]
,最終得到有序數組。歸并排序通過分治策略實現了穩定的高效排序,尤其適合大規模數據或需要穩定性的場景,但需權衡其額外空間占用。
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