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C语言实现排序之归并排序算法

时间:2024-08-14 11:53:31浏览次数:13  
标签:归并 temp int C语言 数组 array 排序 size

一、归并排序算法

基本思想

        归并排序采用分治法策略,将数组递归地分成两半,然后对每一半进行排序,最后将两个已排序的子数组合并成一个完整的有序数组。

步骤
  1. 递归划分:将数组分成两半,直到每个子数组只有一个元素。
  2. 递归排序:递归地对每个子数组进行排序。
  3. 合并子数组:将排序后的子数组合并成一个有序数组。
示例

假设我们有一个数组 [5, 2, 4, 6, 1, 3]

  1. 划分[5, 2, 4, 6, 1, 3] -> [5, 2, 4] 和 [6, 1, 3]
  2. 递归划分
    • [5, 2, 4] -> [5] 和 [2, 4]
    • [6, 1, 3] -> [6] 和 [1, 3]
  3. 递归排序
    • [2, 4] -> [2] 和 [4] -> [2, 4]
    • [1, 3] -> [1] 和 [3] -> [1, 3]
  4. 合并子数组
    • [5] 和 [2, 4] -> [2, 4, 5]
    • [6] 和 [1, 3] -> [1, 3, 6]
  5. 最终合并[2, 4, 5] 和 [1, 3, 6] -> [1, 2, 3, 4, 5, 6]
性能分析
  • 时间复杂度:O(n log n)(无论最好、平均还是最坏情况)
  • 空间复杂度:O(n)(需要额外的存储空间用于临时数组)

二、代码

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>

// 函数声明
int* create_and_generate_random_array(int size);
void print_array(int *array, int size);
void merge_sort(int *array, int *temp, int left, int right);
void merge(int *array, int *temp, int left, int mid, int right);
int generate_random_size();

int main() {
    int size = generate_random_size(); // 随机生成数组大小

    int *array = create_and_generate_random_array(size);
    int *temp = (int *)malloc(sizeof(int) * size); // 临时数组用于归并排序

    if (array == NULL || temp == NULL) {
        // 如果内存分配失败
        printf("Memory allocation failed\n");
        free(array);
        free(temp);
        return 1;
    }

    // 打印原始数组(如果需要,可以取消注释)
    // printf("Original array:\n");
    // print_array(array, size);

    // 获取开始时间
    clock_t start_time = clock();

    // 对数组进行归并排序
    merge_sort(array, temp, 0, size - 1);

    // 获取结束时间
    clock_t end_time = clock();

    // 计算时间差并转换为毫秒
    double execution_time = ((double)(end_time - start_time) / CLOCKS_PER_SEC) * 1000;

    // 打印排序后的数组(如果需要,可以取消注释)
    // printf("Sorted array:\n");
    // print_array(array, size);

    printf("array_size = %d\n", size);

    // 打印执行时间
    printf("Execution time: %.2f ms\n", execution_time);

    // 释放分配的内存
    free(array);
    free(temp);

    return 0;
}

// 生成随机数组大小
int generate_random_size() {
    srand(time(NULL));
    return rand() % 9000 + 1000; // 生成1000到9999之间的随机数
}

// 创建并生成随机数组
int* create_and_generate_random_array(int size) {
    int *array = (int *)malloc(sizeof(int) * size);
    if (array == NULL) {
        // 如果内存分配失败
        return NULL;
    }

    // 使用当前时间作为随机数种子
    srand(time(NULL));
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        array[i] = rand() % 1000; // 生成0到999之间的随机数
    }

    return array;
}

// 打印数组
void print_array(int *array, int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", array[i]);
    }
    printf("\n");
}

// 归并排序
void merge_sort(int *array, int *temp, int left, int right) {
    if (left < right) {
        int mid = left + (right - left) / 2;

        // 递归地排序左右两个子数组
        merge_sort(array, temp, left, mid);
        merge_sort(array, temp, mid + 1, right);

        // 合并两个已排序的子数组
        merge(array, temp, left, mid, right);
    }
}

// 合并两个已排序的子数组
void merge(int *array, int *temp, int left, int mid, int right) {
    int i, j, k;

    // 复制数据到临时数组
    for (i = left; i <= right; i++) {
        temp[i] = array[i];
    }

    i = left;
    j = mid + 1;
    k = left;

    // 合并两个子数组
    while (i <= mid && j <= right) {
        if (temp[i] <= temp[j]) {
            array[k] = temp[i];
            i++;
        } else {
            array[k] = temp[j];
            j++;
        }
        k++;
    }

    // 复制剩余元素
    while (i <= mid) {
        array[k] = temp[i];
        i++;
        k++;
    }
}

标签:归并,temp,int,C语言,数组,array,排序,size
From: https://blog.csdn.net/2403_83044722/article/details/141187045

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