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# 11.6   归并排序
「归并排序 merge sort」是一种基于分治策略的排序算法包含图 11-10 所示的“划分”和“合并”阶段
「归并排序 merge sort」是一种基于分治策略的排序算法包含图 11-10 所示的“划分”和“合并”阶段
1. **划分阶段**:通过递归不断地将数组从中点处分开,将长数组的排序问题转换为短数组的排序问题。
2. **合并阶段**:当子数组长度为 1 时终止划分,开始合并,持续地将左右两个较短的有序数组合并为一个较长的有序数组,直至结束。
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## 11.6.1   算法流程
如图 11-11 所示,“划分阶段”从顶至底递归地将数组从中点切为两个子数组
如图 11-11 所示,“划分阶段”从顶至底递归地将数组从中点切为两个子数组
1. 计算数组中点 `mid` ,递归划分左子数组(区间 `[left, mid]` )和右子数组(区间 `[mid + 1, right]` )。
2. 递归执行步骤 `1.` ,直至子数组区间长度为 1 时,终止递归划分。
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<p align="center"> 图 11-11 &nbsp; 归并排序步骤 </p>
观察发现,归并排序的递归顺序与二叉树后序遍历相同,对比来看:
观察发现,归并排序与二叉树后序遍历的递归顺序是一致的。
- **后序遍历**:先递归左子树,再递归右子树,最后处理根节点。
- **归并排序**:先递归左子数组,再递归右子数组,最后处理合并。
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}
```
合并方法 `merge()` 代码中的难点包括:
实现合并函数 `merge()` 存在以下难点。
- **在阅读代码时,需要特别注意各个变量的含义**。`nums` 的待合并区间为 `[left, right]` ,但由于 `tmp` 仅复制了 `nums` 该区间的元素,因此 `tmp` 对应区间为 `[0, right - left]` 。
- **需要特别注意各个变量的含义**。`nums` 的待合并区间为 `[left, right]` ,但由于 `tmp` 仅复制了 `nums` 该区间的元素,因此 `tmp` 对应区间为 `[0, right - left]` 。
- 在比较 `tmp[i]` 和 `tmp[j]` 的大小时,**还需考虑子数组遍历完成后的索引越界问题**,即 `i > leftEnd` 和 `j > rightEnd` 的情况。索引越界的优先级是最高的,如果左子数组已经被合并完了,那么不需要继续比较,直接合并右子数组元素即可。
## 11.6.2 &nbsp; 算法特性
- **时间复杂度 $O(n \log n)$ 、非自适应排序** :划分产生高度为 $\log n$ 的递归树,每层合并的总操作数量为 $n$ ,因此总体时间复杂度为 $O(n \log n)$ 。
- **空间复杂度 $O(n)$ 、非原地排序** :递归深度为 $\log n$ ,使用 $O(\log n)$ 大小的栈帧空间。合并操作需要借助辅助数组实现,使用 $O(n)$ 大小的额外空间。
- **时间复杂度 $O(n \log n)$、非自适应排序**:划分产生高度为 $\log n$ 的递归树,每层合并的总操作数量为 $n$ ,因此总体时间复杂度为 $O(n \log n)$ 。
- **空间复杂度 $O(n)$、非原地排序**:递归深度为 $\log n$ ,使用 $O(\log n)$ 大小的栈帧空间。合并操作需要借助辅助数组实现,使用 $O(n)$ 大小的额外空间。
- **稳定排序**:在合并过程中,相等元素的次序保持不变。
## 11.6.3 &nbsp; 链表排序 *
归并排序在排序链表时具有显著优势,空间复杂度可以优化至 $O(1)$ ,原因如下:
对于链表,归并排序相较于其他排序算法具有显著优势,**可以将链表排序任务的空间复杂度优化至 $O(1)$** 。
- 由于链表仅需改变指针就可实现节点的增删操作,因此合并阶段(将两个短有序链表合并为一个长有序链表)无须创建辅助链表
- 通过使用“迭代划分”替代“递归划分”,可省去递归使用的栈帧空间
- **划分阶段**:可以通过使用“迭代”替代“递归”来实现链表划分工作,从而省去递归使用的栈帧空间
- **合并阶段**:在链表中,节点增删操作仅需改变引用(指针)即可实现,因此合并阶段(将两个短有序链表合并为一个长有序链表)无须创建额外链表
具体实现细节比较复杂,有兴趣的同学可以查阅相关资料进行学习。