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
- 递归划分:将数组分成两半,直到每个子数组只有一个元素。
- 递归排序:递归地对每个子数组进行排序。
- 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]
:
- 划分:
[5, 2, 4, 6, 1, 3]
->[5, 2, 4]
和[6, 1, 3]
- 递归划分:
[5, 2, 4]
->[5]
和[2, 4]
[6, 1, 3]
->[6]
和[1, 3]
- 递归排序:
[2, 4]
->[2]
和[4]
->[2, 4]
[1, 3]
->[1]
和[3]
->[1, 3]
- 合并子数组:
[5]
和[2, 4]
->[2, 4, 5]
[6]
和[1, 3]
->[1, 3, 6]
- 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