我们常说,“没有最好,只有更好。”归并排序大量引用了递归,尽管在代码上比较清晰,容易理解,但这会造成时间和空间上的性能损耗。我们排序追求的就是效率,有没有可能将递归转化成迭代呢?结论当然是可以的,而且改动之后,性能上进一步提高了,来看代码。

    1. /* 对顺序表L作归并非递归排序 */
    2. void MergeSort2(SqList *L){
    3. /* 申请额外空间 */
    4. int * TR = (int *)malloc(L->length * sizeof(int));
    5. int k = 1;
    6. while (k < L->length){
    7. MergePass(L->r, TR, k, L->length);
    8. /*子序列长度加倍 */
    9. k = 2 * k;
    10. MergePass(TR, L->r, k, L->length);
    11. /* 子序列长度加倍 */
    12. k = 2 * k;
    13. }
    14. }
    1. 程序开始执行,数组L为{50,10,90,30,70,40,80,60,20},L.length=9。
    2. 第3行,我们事先申请了额外的数组内存空间,用来存放归并结果。
    3. 第5~11行,是一个while循环,目的是不断地归并有序序列。注意k值的变化,第8行与第10行,在不断循环中,它将由1→2→4→8→16,跳出循环。
    4. 第7行,此时k=1,MergePass函数将原来的无序数组两两归并入TR(此函数代码稍后再讲),如图9-8-11所示。

    image.png

    1. 第8行,k=2。
    2. 第9行,MergePass函数将TR中已经两两归并的有序序列再次归并回数组L.r中,如图9-8-12所示。

    image.png

    1. 第10行,k=4,因为k<9,所以继续循环,再次归并,最终执行完第7~10行,k=16,结束循环,完成排序工作,如图9-8-13所示。

    image.png
    从代码中,我们能够感受到,非递归的迭代做法更加直截了当,从最小的序列开始归并直至完成。不需要像归并的递归算法一样,需要先拆分递归,再归并退出递归。

    现在我们来看MergePass代码是如何实现的。

    1. /* 将SR[]中相邻长度为s的子序列两两归并到TR[] */
    2. void MergePass(int SR[], int TR[], int s, int n){
    3. int i = 1;
    4. int j;
    5. while (i <= n - 2 * s + 1){
    6. /* 两两归并 */
    7. Merge(SR, TR, i, i + s - 1, i + 2 * s - 1);
    8. i = i + 2 * s;
    9. }
    10. /* 归并最后两个序列 */
    11. if (i < n - s + 1)
    12. Merge(SR, TR, i, i + s - 1, n);
    13. /* 若最后只剩下单个子序列 */
    14. else
    15. for (j = i; j <= n; j++)
    16. TR[j] = SR[j];
    17. }
    1. 程序执行。我们第一次调用“MergePass(L.r,TR,k,L.length);”,此时L.r是初始无序状态,TR为新申请的空数组,k=1,L.length=9。
    2. 第5~9行,循环的目的就两两归并,因s=1,n-2×s+1=8,为什么循环i从1到8,而不是9呢?就是因为两两归并,最终9条记录定会剩下来,无法归并。
    3. 第7行,Merge函数我们前面已经详细讲过,此时i=1,i+s-1=1,i+2×s-1=2。也就是说,我们将SR(即L.r)中的第一个和第二个记录归并到TR中,然后第8行,i=i+2×s=3,再循环,我们就是将第三个和第四个记录归并到TR中,一直到第七和第八个记录完成归并,如图9-8-14所示。

    image.png

    1. 第10~14行,主要是处理最后的尾数,第11行是说将最后剩下的多个记录归并到TR中。不过由于i=9,n-s+1=9,因此执行第13~14行,将20放入到TR数组的最后,如图9-8-15所示。

    image.png

    1. 再次调用MergePass时,s=2,第5~9行的循环,由第8行的i=i+2×s可知,此时i就是以4为增量进行循环了,也就是说,是将两个有两个记录的有序序列进行归并为四个记录的有序序列。最终再将最后剩下的第九条记录“20”插入TR,如图9-8-16所示。

    image.png

    1. 后面的类似,略。

    非递归的迭代方法,避免了递归时深度为log 2 n的栈空间,空间只是用到申请归并临时用的TR数组,因此空间复杂度为O(n),并且避免递归也在时间性能上有一定的提升,应该说,使用归并排序时,尽量考虑用非递归方法。