詳談歸併排序時間複雜度過程推導----軟考

歸併排序方法就是把一組n個數的序列,折半分爲兩個序列,然後再將這兩個序列再分,一直分下去,直到分爲n個長度爲1的序列。然後兩兩按大小歸併。如此反覆,直到最後形成包含n個數的一個數組。

歸併排序總時間=分解時間+子序列排好序時間+合併時間

無論每個序列有多少數都是折中分解,所以分解時間是個常數,可以忽略不計。

則:歸併排序總時間=子序列排好序時間+合併時間


如果假設一個序列有n個數的排序時間爲T(n),T(n)是一個關於n的函數,隨着n的變化而變化。

那麼我們將n個數的序列,分爲兩個(n/2)的序列。

那麼T(n)=2*T(n/2)+合併時間

由於合併時,兩個子序列已經組內排好序了,那我們將兩個排好序的序列組合成一個大的有序序列,只需要一個if循環即可。if循環中有n個數需要比較,所以時間複雜度爲n。

那麼T(n)=2*T(n/2)+n

 

我們再將兩個n/2個序列再分成4個(n/4)的序列。

一個(n/2)序列排序時間=兩個(n/4)的序列排序時間+兩個(n/4)的序列的合併爲一個(n/2)的序列時間

T(n/2)=2*T(n/4)+n/2

將T(n/2)帶入到T(n)中,T(n)=2*(2*T(n/4)+n/2)+n,

通過化簡T(n)=4*T(n/4)+2n

 

我們再將4個n/4個序列再分成8個(n/8)的序列。

T(n/4)=2*T(n/8)+n/4

將T(n/4)帶入到黃色公式中,T(n)=4*(2*T(n/8)+n/4)+2n

通過化簡T(n)=8*T(n/8)+3n

······


這樣分下去,前面我們已經說過了,分爲n個序列,每個序列裏只有一個數爲止。

前面我們假設的一個序列有n個數的排序時間爲T(n),現在每個序列只有一個數,所以不需要進行組內排序,時間複雜度爲0。T(1)=0

大家有沒有找到規律,右邊式子中n前面的係數隨着層數的增加而增加,第一層公式中沒有n,則係數爲0,第二層n的係數爲1,第三層爲2,第四層爲3。那麼規律就出來了,n前面的係數爲層數減1。

那這個圖有沒有很熟悉,就像一個二叉樹一樣,通過二叉樹的知識點我們可以知道,一個n個結點的完全二叉樹層數爲(log2n)+1。

那麼n前面的係數爲層數減1。

(log2n)+1-1=log2n

那log2n就是最底層n的係數。

 

那麼我們最後一層是不是可以這樣表示

T(n)=n*T(1)+(log2n)*n

T(1)=0,那麼T(n)=(log2n)*n

所以歸併排序的時間複雜度爲nlog2n

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