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文章目录
- 前言
- 一、归并排序（Merge Sort）
- 1. 算法原理
- 2. 递归实现
- 3. 非递归实现
- 二、计数排序（Count Sort）
- 1. 算法原理
- 2. 代码实现
- 三、对比与总结
前言
本文主要内容是归并的递归和非递归以及计数排序的实现方法。文章会提及很多容易忽视的易错点（大多是我自己踩过的坑😂），这是我在学习这块内容时获取的教训和宝贵经验。
因为自己淋过雨，希望能为你们撑把伞！共勉！😁
一、归并排序（Merge Sort）
1. 算法原理
基本思想：
归并排序（MERGE-SORT）是建立在归并操作上的一种有效的排序算法,该算法是采用分治法（Divide and Conquer）的一个非常典型的应用。将已有序的子序列合并，得到完全有序的序列；即先使每个子序列有序，再使子序列段间有序。若将两个有序表合并成一个有序表，称为二路归并。
归并排序核心步骤：
- 分解：将数组递归分成两半，直到子数组长度为1。
- 合并：将两个有序子数组合并为一个有序数组。
从步骤可以看出，这似乎就是二叉树的后序遍历
不知道你们在学习C语言的时候有没有写过这样一道题
合并两个有序数组
我建议没写过的可以去写一下，这里可以直接抄作业了，O(∩_∩)O哈哈~
2. 递归实现
-
首先我们需要开辟一个临时数组，来存储合并的序列
-
递归结束条件：数组长度为
1时结束
if (left >= right) return; -
mid不要写成(right - left) / 2了，再加上left才能在正确位置（因为这是在计算下标），或者直接用（right+left）/2。——易错点 -
确定每次拆分的区间
[left，mid] [mid + 1,right]。 -
递归（后序遍历），
-
归并：在
tmp上正确的位置进行赋值，不能是cur = 0,否则会覆盖值——易错点 -
拷贝，将
tmp拷贝到a
void Merger(int* a, int* tmp, int left, int right)
{
//递归结束条件
if (left >= right) {
return;
}
int mid = left + (right - left) / 2;//易错：加上left才能在正确的位置
//递归（后序遍历）
//[left,mid] [mid+1,right]
Merger(a, tmp, left, mid);
Merger(a, tmp, mid+1, right);
//归并
int begin1 = left, end1 = mid;
int begin2 = mid + 1, end2 = right;
int cur = left;//易错：在tmp上正确的位置进行赋值，不能是cur = 0,否则会覆盖值
while (begin1 <= end1 && begin2 <= end2) {
if (a[begin1] > a[begin2]) {
tmp[cur++] = a[begin2++];
}
else {
tmp[cur++] = a[begin1++];
}
}
while (begin1 <= end1) {
tmp[cur++] = a[begin1++];
}
while (begin2 <= end2) {
tmp[cur++] = a[begin2++];
}
//将tmp拷贝到a
memcpy(a + left, tmp + left, sizeof(int) * (right - left + 1));
}
void MergerSort(int* a, int n)
{
int* tmp = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
int begin = 0, end = n - 1;
Merger(a, tmp, begin, end);
free(tmp);
}
特点：
- 时间复杂度：O(n log n)
- 空间复杂度：O(n)
- 稳定排序，适合处理大数据量。
3. 非递归实现
利用迭代（循环）模拟递归过程：
当元素个数不是gap的整数时，会发生越界问题：
设归并的两部分分别为[begin1,end1]和[begin2,end2]
那么，end1、begin2、end2都可能会越界，因此我们就需要修正边界。
end1越界时，第一部分不完整且第二部分不存在，没必要归并了，直接拷贝即可begin2越界时，第二部分不存在，没必要归并了，直接拷贝即可end2越界时，第二部分不完整，将end2修正到数组末尾即可
可以发现，1,2是一类情况，可以一起处理了。
我们需要来抉择一个问题：
- 整体归并结束后拷贝
- 归并一部分拷贝一部分
这两个问题看似不起眼，实则不然，它会影响你控制边界的难度。可以试试两种方式都写写，会特别爽（狗头）
- 归并结束后再拷贝，需精密控制边界越界情况，容易出错。——不推荐该写法
void MergerSortNonR1(int* a, int n)
{
int* tmp = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
if (tmp == NULL)
{
perror("malloc fail");
return;
}
int gap = 1;
while (gap < n)
{
for (int i = 0; i < n; i += 2 * gap) {
//归并
//[i,i+gap-1] [i+gap,i+2*gap-1]
int begin1 = i, end1 = i + gap - 1;
int begin2 = i + gap, end2 = i + 2 * gap - 1;
int cur = i;
if (end1 >= n) {
//修正end1
end1 = n - 1;
//使得begin2 > end2,终止归并
begin2 = n;
end2 = n - 1;
}
else if (begin2 >= n) {
//使得begin2 > end2,终止归并
begin2 = n;
end2 = n - 1;
}
else if (end2 >= n) {
//修正end2，继续归并
end2 = n - 1;
}
while (begin1 <= end1 && begin2 <= end2) {
if (a[begin1] > a[begin2]) {
tmp[cur++] = a[begin2++];
}
else {
tmp[cur++] = a[begin1++];
}
}
while (begin1 <= end1) {
tmp[cur++] = a[begin1++];
}
while (begin2 <= end2) {
tmp[cur++] = a[begin2++];
}
}
//归并结束后再打印
memcpy(a, tmp, sizeof(int) * n);
gap *= 2;
}
free(tmp);
}
- 归并一次拷贝一次，若
end1与begin2有越界情况，直接跳出循环（退出归并）即可无需控制边界情况，操作简单易理解
void MergerSortNonR(int* a, int n)
{
int* tmp = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
if (tmp == NULL)
{
perror("malloc fail");
return;
}
int gap = 1;
while (gap < n)
{
for (int i = 0; i < n; i += 2 * gap) {
//归并
//[i,i+gap-1] [i+gap,i+2*gap-1]
int begin1 = i, end1 = i + gap - 1;
int begin2 = i + gap, end2 = i + 2 * gap - 1;
int cur = i;
if (end1 >= n || begin2 >= n) {
break;//直接终止归并
}
else if (end2 >= n) {
//修正end2
end2 = n - 1;
}
while (begin1 <= end1 && begin2 <= end2) {
if (a[begin1] > a[begin2]) {
tmp[cur++] = a[begin2++];
}
else {
tmp[cur++] = a[begin1++];
}
}
while (begin1 <= end1) {
tmp[cur++] = a[begin1++];
}
while (begin2 <= end2) {
tmp[cur++] = a[begin2++];
}
//归并一次打印一次
memcpy(a + i, tmp + i, sizeof(int) * (end2 - i + 1));
}
//printf("\n");
gap *= 2;
}
free(tmp);
}
关键点：
gap控制合并步长，从1开始逐步扩大。- 边界处理：若子数组越界，直接终止合并。
二、计数排序（Count Sort）
思想：计数排序又称为鸽巢原理，是对哈希直接定址法的变形应用。 操作步骤：
- 统计相同元素出现次数
- 根据统计的结果将序列回收到原来的序列中
1. 算法原理
- 确定范围：找出数组的最小值
min和最大值max。 - 统计频率：创建计数数组
countA，统计每个元素出现的次数。 - 重建数组：根据计数数组将元素按顺序写回原数组。
2. 代码实现
void CountSort(int* a, int n) {
int min = a[0], max = a[0];
for (int i = 0; i < n; i++) { // 确定范围
if (a[i] < min) min = a[i];
if (a[i] > max) max = a[i];
}
int range = max - min + 1;
int* countA = (int*)calloc(range, sizeof(int)); // 分配计数数组
for (int i = 0; i < n; i++) countA[a[i] - min]++; // 统计频率
// 重建数组
int cur = 0;
for (int i = 0; i < range; i++) {
while (countA[i]--) a[cur++] = i + min;
}
free(countA);
}
特点：
- 时间复杂度：O(n + k)，k 为数据范围。
- 空间复杂度：O(k)
- 非比较排序，适合数据范围小且为整数的情况。
三、对比与总结
| 算法 | 时间复杂度 | 空间复杂度 | 稳定性 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 归并排序 | O(n log n) | O(n) | 稳定 | 大数据量、需稳定排序 |
| 计数排序 | O(n + k) | O(k) | 稳定 | 小范围整数、非比较排序 |
希望这篇文章对你有所帮助🌹🌹🌹
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