数据结构-归并排序：理解和实现（附C++代码）

短命女 2024-03-16 21:38 54阅读 0赞

**目录**

\#\# 1. 引言

\#\# 2. 归并排序概述

\#\# 3. 归并排序的思想和步骤

\#\#\# 3.1 分解

\#\#\# 3.2 归并

\#\#\# 3.3 合并

\#\# 4. 归并排序的时间复杂度和空间复杂度

\#\# 5. C++实现归并排序

\#\#\# 5.1 实现思路

\#\#\# 5.2 代码实现

\#\# 6. 总结

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## \#\# 1. 引言 ##

在计算机科学中，排序是一项重要的任务，而归并排序（Merge Sort）是一种高效且常用的排序算法之一。归并排序的主要思想是将一个大问题划分为若干个小问题，并对小问题进行解决，最后将结果合并得到最终解。本篇博客将深入介绍归并排序的原理和步骤，并给出C++实现的代码。

## \#\# 2. 归并排序概述 ##

归并排序是一种分治算法，其基本思想是将待排序的序列递归地划分成两个子序列，直到每个子序列的长度为1，然后将这些子序列两两合并，最终得到一个有序的序列。具体来说，归并排序的过程可以分为三个步骤：分解、归并和合并。

## \#\# 3. 归并排序的思想和步骤 ##

### \#\#\# 3.1 分解 ###

首先，将待排序的序列递归地分解成两个子序列，直到每个子序列的长度为1。这个过程可以通过不断将序列划分为左右两个子序列来实现。

### \#\#\# 3.2 归并 ###

接下来，对每个子序列进行归并。归并是指将两个有序的子序列合并成一个有序序列。这个过程可以通过比较两个子序列的元素大小，然后依次将较小（或较大）的元素放入一个临时数组中。

### \#\#\# 3.3 合并 ###

最后，将归并得到的子序列再次合并，直到最终得到一个完整的有序序列。合并的过程与归并类似，不过这次需要合并的是多个子序列。

## \#\# 4. 归并排序的时间复杂度和空间复杂度 ##

归并排序的时间复杂度为O(nlogn)，其中n表示待排序序列的长度。这是由于归并排序的每一层递归都需要遍历整个序列，并且需要递归logn次。另外，归并排序的空间复杂度为O(n)，因为在合并过程中需要使用一个临时数组来存储

归并的结果。

## \#\# 5. C++实现归并排序 ##

### \#\#\# 5.1 实现思路 ###

在C++中实现归并排序，可以使用递归的方式来分解序列和合并子序列。具体步骤如下：  
1. 定义递归函数\`mergeSort\`，接收一个待排序的数组和左右边界。  
2. 如果左边界小于右边界，执行以下步骤：  
1. 计算中间位置mid = (left + right) / 2。  
2. 递归调用\`mergeSort\`，对左半部分进行排序：\`mergeSort(arr, left, mid)\`。  
3. 递归调用\`mergeSort\`，对右半部分进行排序：\`mergeSort(arr, mid+1, right)\`。  
4. 调用\`merge\`函数，合并左右两个有序子序列：\`merge(arr, left, mid, right)\`。

### \#\#\# 5.2 代码实现 ###

下面是用C++实现归并排序的代码：

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    void merge(int arr[], int left, int mid, int right) {
        int n1 = mid - left + 1;
        int n2 = right - mid;
    
        int L[n1], R[n2];
    
        for (int i = 0; i < n1; i++)
            L[i] = arr[left + i];
        for (int j = 0; j < n2; j++)
            R[j] = arr[mid + 1 + j];
    
        int i = 0, j = 0, k = left;
    
        while (i < n1 && j < n2) {
            if (L[i] <= R[j]) {
                arr[k] = L[i];
                i++;
            } else {
                arr[k] = R[j];
                j++;
            }
            k++;
        }
    
        while (i < n1) {
            arr[k] = L[i];
            i++;
            k++;
        }
    
        while (j < n2) {
            arr[k] = R[j];
            j++;
            k++;
        }
    }
    
    void mergeSort(int arr[], int left, int right) {
        if (left < right) {
            int mid = (left + right) / 2;
    
            mergeSort(arr, left, mid);
            mergeSort(arr, mid + 1, right);
    
            merge(arr, left, mid, right);
        }
    }
    
    int main() {
        int arr[] = { 12, 11, 13, 5, 6, 7 };
        int arrSize = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    
        cout << "Original array:" << endl;
        for (int i = 0; i < arrSize; i++) {
            cout << arr[i] << " ";
        }
    
        mergeSort(arr, 0, arrSize - 1);
    
        cout << endl << "Sorted array:" << endl;
        for (int i = 0; i < arrSize; i++) {
            cout << arr[i] << " ";
        }
    
        return 0;
    }

## \#\# 6. 总结 ##

归并排序是一种高效且稳定的排序算法，通过分治的思想将一个大问题划分为小问题，最终

合并得到有序序列。本篇博客详细介绍了归并排序的原理和步骤，并提供了C++实现的代码。希望通过本文的介绍，读者能够对归并排序有更深入的理解，并能够运用到实际的编程中。