归并排序 & 逆序对的数量 Python实现

1.归并排序

(1)选取分界点:mid = (l + r) // 2
(2)递归排序:left、right
(3)归并:将左右合二为一

↓(指针i)
——————————(有序的 Left )
——————————(有序的 Right )
↑ (指针j)

Result [ ]

(a)如果 Left [ i ] <= Right [ j ],Left [ i ] 加入到 Result 中,i 后移
(b)反之,如果 Left [ i ] > Right [ j ],Right [ j ] 加入到 Result 中,j 后移
(c)直到其中一个指针达到尾部
(d)将 Left 或 Right 中剩余部分依次加入到 Result 尾部

2.归并排序 / 快速排序的时间复杂度:nlog(n)

每层会将数组分成各1/2的两块,所以一共有 log2(n) 层;
每层都需要遍历一遍,时间复杂度是 O(n)
所以整体的时间复杂度为确定值 O(nlogn)

对快速排序来讲,原理类似,但此时 O(nlogn) 为时间复杂度的期望,对不同的输入数据表现不同

3.归并排序Python代码实现

输入样例:

5
3 1 2 4 5

输出样例:

1 2 3 4 5

Python3:

def merge_sort(a):
    
    if len(a) <= 1: return
    
    mid = len(a) // 2
    
    l = a[:mid]
    r = a[mid:]
    
    # 递归处理左右两段
    merge_sort(l)
    merge_sort(r)
    
    i = j = k = 0
    
    # merge
    while(i < len(l) and j < len(r)):
        if l[i] <= r[j]:
            a[k] = l[i]
            i += 1
        else:
            a[k] = r[j]
            j += 1
        k += 1
    while(i < len(l)):
        a[k] = l[i]
        i += 1
        k += 1
    while(j < len(r)):
        a[k] = r[j]
        j += 1
        k += 1

n = int(input())
a = [int(i) for i in input().split()]

merge_sort(a)

for i in range(len(a)):
    print(a[i], end = ' ')

4.逆序对的数量

逆序对总共分为三种:
(1)左半边内部的逆序对:merge_sort(L, mid)
(2)右半边内部的逆序对:merge_sort(mid + 1, R)
(3)在两边的逆序对:

L:——————————(指针指在 i )
R:——————————(指针指在 j )

当 L [ i ] < R [ j ] 时,i 与 i 后所有 Left 中元素均为 R [ j ] 对应的逆序对,即:s += mid - i + 1

5.逆序对的数量Python代码实现

输入样例:

6
2 3 4 5 6 1

输出样例:

5

Python3:

def merge_sort(a):
    
    s = 0
    
    if len(a) <= 1: return 0
    
    mid = len(a) // 2
    
    l = a[:mid]
    r = a[mid:]
    
    s += merge_sort(l) + merge_sort(r)
    
    i = j = k = 0
    
    while(i < len(l) and j < len(r)):
        if(l[i] <= r[j]):
            a[k] = l[i]
            i += 1
            k += 1
        else:
            a[k] = r[j]
            j += 1
            k += 1
            s += len(l) - i     
    while(i < len(l)):
        a[k] = l[i]
        i += 1
        k += 1
    while(j < len(r)):
        a[k] = r[j]
        j += 1
        k += 1
    
    return s

n = int(input())
a = [int(i) for i in input().split()]

print(merge_sort(a))
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