logo

TechCodeview

Razvrščanje z združitvijo – Vadnice za strukturo podatkov in algoritme

Razvrščanje z združitvijo je algoritem za razvrščanje, ki sledi deli in vladaj pristop. Deluje tako, da rekurzivno razdeli vhodno matriko na manjše podmatrike in jih razvrsti, nato pa jih ponovno združi, da dobimo razvrščeno matriko.

Preprosto povedano, lahko rečemo, da je proces razvrščanje z združitvijo je razdeliti matriko na dve polovici, razvrstiti vsako polovico in nato združiti razvrščeni polovici nazaj skupaj. Ta postopek se ponavlja, dokler ni razvrščen celoten niz.

Algoritem za spajanje-razvrščanje-(1)

Algoritem razvrščanja z združevanjem



Kako deluje Merge Sort?

Razvrščanje z združitvijo je priljubljen algoritem za razvrščanje, znan po svoji učinkovitosti in stabilnosti. Sledi deli in vladaj pristop za razvrščanje danega niza elementov.

Tukaj je razlaga po korakih, kako deluje razvrščanje z združevanjem:

povezave v Javi
  1. Razdeli: Seznam ali polje rekurzivno razdelite na dve polovici, dokler ga ni več mogoče razdeliti.
  2. Osvoji: Vsaka podmatrika je razvrščena posebej z uporabo algoritma za združevanje.
  3. Združi: Razvrščene podnize se ponovno združijo v razvrščenem vrstnem redu. Postopek se nadaljuje, dokler niso združeni vsi elementi iz obeh podnizk.

Ilustracija razvrščanja z združitvijo:

Razvrstimo matriko ali seznam [38, 27, 43, 10] z uporabo Merge Sort

Poglejmo delovanje zgornjega primera:

Razdeli:

cassidy hutchinson izobraževanje
  • [38, 27, 43, 10] se deli na [38, 27 ] in [43, 10] .
  • [38, 27] se deli na [38] in [27] .
  • [43, 10] se deli na [43] in [10] .

Osvoji:

  • [38] je že urejeno.
  • [27] je že urejeno.
  • [43] je že urejeno.
  • [10] je že urejeno.

Združi:

  • Spoji [38] in [27] dobiti [27, 38] .
  • Spoji [43] in [10] dobiti [10,43] .
  • Spoji [27, 38] in [10,43] da dobimo končno razvrščen seznam [10, 27, 38, 43]

Zato je razvrščen seznam [10, 27, 38, 43] .

Priporočena praksa Poskusite!

Implementacija razvrščanja z združitvijo:

C++ 
// C++ program for Merge Sort #include  using namespace std; // Merges two subarrays of array[]. // First subarray is arr[begin..mid] // Second subarray is arr[mid+1..end] void merge(int array[], int const left, int const mid,  int const right) {  int const subArrayOne = mid - left + 1;  int const subArrayTwo = right - mid;  // Create temp arrays  auto *leftArray = new int[subArrayOne],  *rightArray = new int[subArrayTwo];  // Copy data to temp arrays leftArray[] and rightArray[]  for (auto i = 0; i < subArrayOne; i++)  leftArray[i] = array[left + i];  for (auto j = 0; j < subArrayTwo; j++)  rightArray[j] = array[mid + 1 + j];  auto indexOfSubArrayOne = 0, indexOfSubArrayTwo = 0;  int indexOfMergedArray = left;  // Merge the temp arrays back into array[left..right]  while (indexOfSubArrayOne < subArrayOne  && indexOfSubArrayTwo < subArrayTwo) {  if (leftArray[indexOfSubArrayOne]  <= rightArray[indexOfSubArrayTwo]) {  array[indexOfMergedArray]  = leftArray[indexOfSubArrayOne];  indexOfSubArrayOne++;  }  else {  array[indexOfMergedArray]  = rightArray[indexOfSubArrayTwo];  indexOfSubArrayTwo++;  }  indexOfMergedArray++;  }  // Copy the remaining elements of  // left[], if there are any  while (indexOfSubArrayOne < subArrayOne) {  array[indexOfMergedArray]  = leftArray[indexOfSubArrayOne];  indexOfSubArrayOne++;  indexOfMergedArray++;  }  // Copy the remaining elements of  // right[], if there are any  while (indexOfSubArrayTwo < subArrayTwo) {  array[indexOfMergedArray]  = rightArray[indexOfSubArrayTwo];  indexOfSubArrayTwo++;  indexOfMergedArray++;  }  delete[] leftArray;  delete[] rightArray; } // begin is for left index and end is right index // of the sub-array of arr to be sorted void mergeSort(int array[], int const begin, int const end) {  if (begin>= konec) povratek;  int sredina = začetek + (konec - začetek) / 2;  mergeSort(matrika, začetek, sredina);  mergeSort(matrika, sredina + 1, konec);  združi (niz, začetek, sredina, konec); } // POMOŽNE FUNKCIJE // Funkcija za tiskanje matrike void printArray(int A[], int size) { for (int i = 0; i< size; i++)  cout << A[i] << ' ';  cout << endl; } // Driver code int main() {  int arr[] = { 12, 11, 13, 5, 6, 7 };  int arr_size = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);  cout << 'Given array is 
';  printArray(arr, arr_size);  mergeSort(arr, 0, arr_size - 1);  cout << '
Sorted array is 
';  printArray(arr, arr_size);  return 0; } // This code is contributed by Mayank Tyagi // This code was revised by Joshua Estes>
C 
// C program for Merge Sort #include  #include  // Merges two subarrays of arr[]. // First subarray is arr[l..m] // Second subarray is arr[m+1..r] void merge(int arr[], int l, int m, int r) {  int i, j, k;  int n1 = m - l + 1;  int n2 = r - m;  // Create temp arrays  int L[n1], R[n2];  // Copy data to temp arrays L[] and R[]  for (i = 0; i < n1; i++)  L[i] = arr[l + i];  for (j = 0; j < n2; j++)  R[j] = arr[m + 1 + j];  // Merge the temp arrays back into arr[l..r  i = 0;  j = 0;  k = l;  while (i < n1 && j < n2) {  if (L[i] <= R[j]) {  arr[k] = L[i];  i++;  }  else {  arr[k] = R[j];  j++;  }  k++;  }  // Copy the remaining elements of L[],  // if there are any  while (i < n1) {  arr[k] = L[i];  i++;  k++;  }  // Copy the remaining elements of R[],  // if there are any  while (j < n2) {  arr[k] = R[j];  j++;  k++;  } } // l is for left index and r is right index of the // sub-array of arr to be sorted void mergeSort(int arr[], int l, int r) {  if (l < r) {  int m = l + (r - l) / 2;  // Sort first and second halves  mergeSort(arr, l, m);  mergeSort(arr, m + 1, r);  merge(arr, l, m, r);  } } // Function to print an array void printArray(int A[], int size) {  int i;  for (i = 0; i < size; i++)  printf('%d ', A[i]);  printf('
'); } // Driver code int main() {  int arr[] = { 12, 11, 13, 5, 6, 7 };  int arr_size = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);  printf('Given array is 
');  printArray(arr, arr_size);  mergeSort(arr, 0, arr_size - 1);  printf('
Sorted array is 
');  printArray(arr, arr_size);  return 0; }>
Java 
// Java program for Merge Sort import java.io.*; class MergeSort {  // Merges two subarrays of arr[].  // First subarray is arr[l..m]  // Second subarray is arr[m+1..r]  void merge(int arr[], int l, int m, int r)  {  // Find sizes of two subarrays to be merged  int n1 = m - l + 1;  int n2 = r - m;  // Create temp arrays  int L[] = new int[n1];  int R[] = new int[n2];  // Copy data to temp arrays  for (int i = 0; i < n1; ++i)  L[i] = arr[l + i];  for (int j = 0; j < n2; ++j)  R[j] = arr[m + 1 + j];  // Merge the temp arrays  // Initial indices of first and second subarrays  int i = 0, j = 0;  // Initial index of merged subarray array  int k = l;  while (i < n1 && j < n2) {  if (L[i] <= R[j]) {  arr[k] = L[i];  i++;  }  else {  arr[k] = R[j];  j++;  }  k++;  }  // Copy remaining elements of L[] if any  while (i < n1) {  arr[k] = L[i];  i++;  k++;  }  // Copy remaining elements of R[] if any  while (j < n2) {  arr[k] = R[j];  j++;  k++;  }  }  // Main function that sorts arr[l..r] using  // merge()  void sort(int arr[], int l, int r)  {  if (l < r) {  // Find the middle point  int m = l + (r - l) / 2;  // Sort first and second halves  sort(arr, l, m);  sort(arr, m + 1, r);  // Merge the sorted halves  merge(arr, l, m, r);  }  }  // A utility function to print array of size n  static void printArray(int arr[])  {  int n = arr.length;  for (int i = 0; i < n; ++i)  System.out.print(arr[i] + ' ');  System.out.println();  }  // Driver code  public static void main(String args[])  {  int arr[] = { 12, 11, 13, 5, 6, 7 };  System.out.println('Given array is');  printArray(arr);  MergeSort ob = new MergeSort();  ob.sort(arr, 0, arr.length - 1);  System.out.println('
Sorted array is');  printArray(arr);  } } /* This code is contributed by Rajat Mishra */>
Python 
# Merges two subarrays of array[]. # First subarray is arr[left..mid] # Second subarray is arr[mid+1..right] def merge(array, left, mid, right): subArrayOne = mid - left + 1 subArrayTwo = right - mid # Create temp arrays leftArray = [0] * subArrayOne rightArray = [0] * subArrayTwo # Copy data to temp arrays leftArray[] and rightArray[] for i in range(subArrayOne): leftArray[i] = array[left + i] for j in range(subArrayTwo): rightArray[j] = array[mid + 1 + j] indexOfSubArrayOne = 0 # Initial index of first sub-array indexOfSubArrayTwo = 0 # Initial index of second sub-array indexOfMergedArray = left # Initial index of merged array # Merge the temp arrays back into array[left..right] while indexOfSubArrayOne < subArrayOne and indexOfSubArrayTwo < subArrayTwo: if leftArray[indexOfSubArrayOne] <= rightArray[indexOfSubArrayTwo]: array[indexOfMergedArray] = leftArray[indexOfSubArrayOne] indexOfSubArrayOne += 1 else: array[indexOfMergedArray] = rightArray[indexOfSubArrayTwo] indexOfSubArrayTwo += 1 indexOfMergedArray += 1 # Copy the remaining elements of left[], if any while indexOfSubArrayOne < subArrayOne: array[indexOfMergedArray] = leftArray[indexOfSubArrayOne] indexOfSubArrayOne += 1 indexOfMergedArray += 1 # Copy the remaining elements of right[], if any while indexOfSubArrayTwo < subArrayTwo: array[indexOfMergedArray] = rightArray[indexOfSubArrayTwo] indexOfSubArrayTwo += 1 indexOfMergedArray += 1 # begin is for left index and end is right index # of the sub-array of arr to be sorted def mergeSort(array, begin, end): if begin>= konec: vrni sredino = začetek + (konec - začetek) // 2 mergeSort(matrika, začetek, sredina) mergeSort(matrika, sredina + 1, konec) spoji(matrika, začetek, sredina, konec) # Funkcija za tiskanje matrike def printArray(array, size): for i in range(size): print(array[i], end=' ') print() # Koda gonilnika if __name__ == '__main__': arr = [12 , 11, 13, 5, 6, 7] arr_size = len(arr) print('Dana matrika je') printArray(arr, arr_size) mergeSort(arr, 0, arr_size - 1) print('
Razvrščena matrika je') printArray(arr, arr_size)>
C# 
// C# program for Merge Sort using System; class MergeSort {  // Merges two subarrays of []arr.  // First subarray is arr[l..m]  // Second subarray is arr[m+1..r]  void merge(int[] arr, int l, int m, int r)  {  // Find sizes of two  // subarrays to be merged  int n1 = m - l + 1;  int n2 = r - m;  // Create temp arrays  int[] L = new int[n1];  int[] R = new int[n2];  int i, j;  // Copy data to temp arrays  for (i = 0; i < n1; ++i)  L[i] = arr[l + i];  for (j = 0; j < n2; ++j)  R[j] = arr[m + 1 + j];  // Merge the temp arrays  // Initial indexes of first  // and second subarrays  i = 0;  j = 0;  // Initial index of merged  // subarray array  int k = l;  while (i < n1 && j < n2) {  if (L[i] <= R[j]) {  arr[k] = L[i];  i++;  }  else {  arr[k] = R[j];  j++;  }  k++;  }  // Copy remaining elements  // of L[] if any  while (i < n1) {  arr[k] = L[i];  i++;  k++;  }  // Copy remaining elements  // of R[] if any  while (j < n2) {  arr[k] = R[j];  j++;  k++;  }  }  // Main function that  // sorts arr[l..r] using  // merge()  void sort(int[] arr, int l, int r)  {  if (l < r) {  // Find the middle point  int m = l + (r - l) / 2;  // Sort first and second halves  sort(arr, l, m);  sort(arr, m + 1, r);  // Merge the sorted halves  merge(arr, l, m, r);  }  }  // A utility function to  // print array of size n  static void printArray(int[] arr)  {  int n = arr.Length;  for (int i = 0; i < n; ++i)  Console.Write(arr[i] + ' ');  Console.WriteLine();  }  // Driver code  public static void Main(String[] args)  {  int[] arr = { 12, 11, 13, 5, 6, 7 };  Console.WriteLine('Given array is');  printArray(arr);  MergeSort ob = new MergeSort();  ob.sort(arr, 0, arr.Length - 1);  Console.WriteLine('
Sorted array is');  printArray(arr);  } } // This code is contributed by Princi Singh>
Javascript 
// JavaScript program for Merge Sort // Merges two subarrays of arr[]. // First subarray is arr[l..m] // Second subarray is arr[m+1..r] function merge(arr, l, m, r) {  var n1 = m - l + 1;  var n2 = r - m;  // Create temp arrays  var L = new Array(n1);   var R = new Array(n2);  // Copy data to temp arrays L[] and R[]  for (var i = 0; i < n1; i++)  L[i] = arr[l + i];  for (var j = 0; j < n2; j++)  R[j] = arr[m + 1 + j];  // Merge the temp arrays back into arr[l..r]  // Initial index of first subarray  var i = 0;  // Initial index of second subarray  var j = 0;  // Initial index of merged subarray  var k = l;  while (i < n1 && j < n2) {  if (L[i] <= R[j]) {  arr[k] = L[i];  i++;  }  else {  arr[k] = R[j];  j++;  }  k++;  }  // Copy the remaining elements of  // L[], if there are any  while (i < n1) {  arr[k] = L[i];  i++;  k++;  }  // Copy the remaining elements of  // R[], if there are any  while (j < n2) {  arr[k] = R[j];  j++;  k++;  } } // l is for left index and r is // right index of the sub-array // of arr to be sorted function mergeSort(arr,l, r){  if(l>=r){ vrnitev;  } var m =l+ parseInt((r-l)/2);  mergeSort(arr,l,m);  mergeSort(arr,m+1,r);  spoji(arr,l,m,r); } // Funkcija za tiskanje matrike function printArray( A, size) { for (var i = 0; i< size; i++)  console.log( A[i] + ' '); } var arr = [ 12, 11, 13, 5, 6, 7 ];  var arr_size = arr.length;  console.log( 'Given array is ');  printArray(arr, arr_size);  mergeSort(arr, 0, arr_size - 1);  console.log( 'Sorted array is ');  printArray(arr, arr_size); // This code is contributed by SoumikMondal>
PHP 
 /* PHP recursive program for Merge Sort */ // Merges two subarrays of arr[]. // First subarray is arr[l..m] // Second subarray is arr[m+1..r] function merge(&$arr, $l, $m, $r) { $n1 = $m - $l + 1; $n2 = $r - $m; // Create temp arrays $L = array(); $R = array(); // Copy data to temp arrays L[] and R[] for ($i = 0; $i < $n1; $i++) $L[$i] = $arr[$l + $i]; for ($j = 0; $j < $n2; $j++) $R[$j] = $arr[$m + 1 + $j]; // Merge the temp arrays back into arr[l..r] $i = 0; $j = 0; $k = $l; while ($i < $n1 && $j < $n2) { if ($L[$i] <= $R[$j]) { $arr[$k] = $L[$i]; $i++; } else { $arr[$k] = $R[$j]; $j++; } $k++; } // Copy the remaining elements of L[],  // if there are any while ($i < $n1) { $arr[$k] = $L[$i]; $i++; $k++; } // Copy the remaining elements of R[],  // if there are any while ($j < $n2) { $arr[$k] = $R[$j]; $j++; $k++; } } // l is for left index and r is right index of the // sub-array of arr to be sorted function mergeSort(&$arr, $l, $r) { if ($l < $r) { $m = $l + (int)(($r - $l) / 2); // Sort first and second halves mergeSort($arr, $l, $m); mergeSort($arr, $m + 1, $r); merge($arr, $l, $m, $r); } } // Function to print an array function printArray($A, $size) { for ($i = 0; $i < $size; $i++) echo $A[$i].' '; echo '
'; } // Driver code $arr = array(12, 11, 13, 5, 6, 7); $arr_size = sizeof($arr); echo 'Given array is 
'; printArray($arr, $arr_size); mergeSort($arr, 0, $arr_size - 1); echo '
Sorted array is 
'; printArray($arr, $arr_size); return 0; //This code is contributed by Susobhan Akhuli ?>>
Izhod 
Given array is 12 11 13 5 6 7 Sorted array is 5 6 7 11 12 13>

Analiza kompleksnosti razvrščanja z združitvijo:

Časovna zapletenost:

  • Najboljši primer: O(n log n), ko je matrika že razvrščena ali skoraj razvrščena.
  • Povprečni primer: O(n log n), ko je niz naključno urejen.
  • V najslabšem primeru: O(n log n), ko je matrika razvrščena v obratnem vrstnem redu.

Kompleksnost prostora: O(n), za začasno matriko, uporabljeno med združevanjem, je potreben dodaten prostor.

Prednosti razvrščanja z združitvijo:

  • Stabilnost : Razvrščanje z združitvijo je stabilen algoritem za razvrščanje, kar pomeni, da ohranja relativni vrstni red enakih elementov v vhodni matriki.
  • Zagotovljeno delovanje v najslabšem primeru: Razvrščanje spajanjem je v najslabšem primeru časovno zapleteno O(N logN) , kar pomeni, da dobro deluje tudi na velikih zbirkah podatkov.
  • Enostaven za izvedbo: Pristop deli in vladaj je preprost.

Slabost razvrščanja z združitvijo:

  • Kompleksnost prostora: Razvrščanje z združitvijo zahteva dodaten pomnilnik za shranjevanje združenih podmatric med postopkom razvrščanja.
  • Ni na mestu: Razvrščanje z združevanjem ni algoritem za razvrščanje na mestu, kar pomeni, da potrebuje dodaten pomnilnik za shranjevanje razvrščenih podatkov. To je lahko pomanjkljivost v aplikacijah, kjer je poraba pomnilnika zaskrbljujoča.

Aplikacije razvrščanja z združitvijo:

  • Razvrščanje velikih naborov podatkov
  • Zunanje razvrščanje (ko je nabor podatkov prevelik, da bi se prilegal v pomnilnik)
  • Štetje inverzij (štetje števila inverzij v nizu)
  • Iskanje mediane matrike

Hitre povezave:

  • Nedavni članki o razvrščanju z združevanjem
  • Najboljša vprašanja in težave za intervjuje
  • Vadbene naloge algoritma za razvrščanje
  • Kviz o razvrščanju z združevanjem