排序-归并排序

该算法基于一个简单的操作： 将两个有序的队列合成一个更大的有序队列。

归并排序保证NlogN。

原地归并的抽象算法（Abstract in-place merge):

using System;
namespace MergeSort
{
    class Program
    {
        static char[] aux = new char[100];
        static void Main(string[] args)
        {
            char[] data = new char[] { 'R', 'S', 'T', 'Z', 'B', 'C', 'D' };
            merge(data,0, 3, 6); // Expect result "BCDRSTZ"
        }
        public static void merge(char[] a, int lo, int mid, int hi)
        {
            // 将a[lo..mid] 和 a[mid+1..hi]归并
            int i = lo, j = mid + 1;
            for (int k = lo; k <= hi; k++)
            {
                aux[k] = a[k];
            }

            for (int k = lo; k <= hi; k++) // merge to a[lo..hi]
            {
                if     (i > mid)          a[k] = aux[j++];
                else if (j > hi)          a[k] = aux[i++];
                else if (aux[j] < aux[i]) a[k] = aux[j++];
                else                      a[k] = aux[i++];
            }
        }
    }
}

如何确定i, j, k 的取值，根据下图可以观察出他们的规律：

Top-down mergesort

自顶向下的归并排序是基于原地归并排序的递归实现。是分治思想的典型例子。

代码如下：

// 将数组a[lo..hi]排序
public static void sort(char[] a, int lo, int hi)
{
  if (hi <= lo) return;
  int mid = lo + (hi - lo) / 2;
  sort(a, lo, mid); // 将左边排序
  sort(a, mid + 1, hi); // 将右边排序
  merge(a, lo, mid, hi); // 归并结果
}

 

Bottom-up mergesort:

这种方法是先归并较小的，然后才是较大的，这样避免了递归调用：

public void sort(char[] a)
{
      int N = a.Length;
      char[] _aux = new char[N];
      for (int sz = 1; sz < N; sz = sz + sz)// sz 子数组的大小
        for (int lo = 0; lo < N - sz; lo += sz + sz)//sz 子数组的索引
        {
            merge(a, lo, lo + sz - 1, Math.Min(lo + sz + sz - 1, N - 1));
        }
}

 

观察下图就可以得出上面的算法，注意下图的sz = 1， 2 ，4...而不是 2，4， 8...：

总体感觉这种分析方法很重要，如果把这些分析过程搞明白了，代码很容易。以后得改掉先代码后想的习惯。