归并排序是一种基于分治法的排序算法,其核心思想是将一个大问题分解成小问题,然后逐步解决这些小问题,最后合并这些小问题的解以得到最终结果。下面是归并排序的基本步骤和Python实现:
步骤
分解:
将待排序序列分成两个子序列,直到每个子序列只有一个元素。
解决:
对每个子序列递归地应用归并排序。
合并:
将两个已排序的子序列合并成一个新的有序序列。
Python实现
def merge_sort(arr):
if len(arr) <= 1:
return arr
mid = len(arr) // 2
left = merge_sort(arr[:mid])
right = merge_sort(arr[mid:])
return merge(left, right)
def merge(left, right):
result = []
i = j = 0
while i < len(left) and j < len(right):
if left[i] <= right[j]:
result.append(left[i])
i += 1
else:
result.append(right[j])
j += 1
result.extend(left[i:])
result.extend(right[j:])
return result[1:] 修正索引,避免添加空列表
示例使用
arr = [5, 3, 8, 6, 2, 7, 1, 4]
sorted_arr = merge_sort(arr)
print(sorted_arr) 输出: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]
时间复杂度
归并排序的时间复杂度是 \(O(n \log n)\),其中 \(n\) 是数组的长度。这是因为每次将数组分成两部分,总共需要 \(\log n\) 次分割,而每次分割需要 \(O(n)\) 的时间来合并两个子数组。
稳定性
归并排序是稳定的排序算法,即相等的元素在排序后保持原来的相对顺序。
其他注意事项
归并排序的空间复杂度是 \(O(n)\),因为需要额外的空间来存储合并后的结果。
归并排序适用于大数据集,并且在实际应用中通常比其他 \(O(n \log n)\) 算法(如归并排序和快速排序)表现更好。