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Java实现归并排序的方法详解(包含递归+非递归)

聊归并排序,绕不开这个核心:分治思想。简单说,就两步:拆 —— 把一个数组从中间劈开,拆到只剩一个元素;并 —— 把有序的小块,两两合并,逐步合成完整的有序数组。结果很漂亮:时间复杂度稳定在O(n log n),空间复杂度为O(n),而且它是稳定排序 —— 相等元素不会打乱原本的相对顺序。先给结论,

聊归并排序,绕不开这个核心:分治思想。简单说,就两步: —— 把一个数组从中间劈开,拆到只剩一个元素; —— 把有序的小块,两两合并,逐步合成完整的有序数组。结果很漂亮:时间复杂度稳定在O(n log n),空间复杂度为O(n),而且它是稳定排序 —— 相等元素不会打乱原本的相对顺序。先给结论,再拆解细节。

Ja va实现归并排序的方法详解(包含递归+非递归)

下面直接扔可直接运行的 Ja va 代码,一份是递归版(最经典),另一份是迭代版(无栈溢出,更适合生产)。两版的合并逻辑一模一样,区别只在拆分方式。

1. 递归版归并排序(最常用)

核心流程是什么?
1. 从中间把数组拆成左右两份。
2. 递归对左右子数组排序。
3. 把排好序的两个子数组合并成一个。

代码不难,但有几个小细节值得注意:比如 mid = left + (right - left) / 2 的写法防溢出,以及提前准备好一块临时数组,避免在递归层数深的时候反复创建。

public class MergeSort {

    public static void mergeSort(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length <= 1) return;
        int[] temp = new int[arr.length];
        sort(arr, 0, arr.length - 1, temp);
    }

    private static void sort(int[] arr, int left, int right, int[] temp) {
        if (left >= right) return;
        int mid = left + (right - left) / 2;
        sort(arr, left, mid, temp);
        sort(arr, mid + 1, right, temp);
        merge(arr, left, mid, right, temp);
    }

    private static void merge(int[] arr, int left, int mid, int right, int[] temp) {
        int i = left, j = mid + 1, k = left;

        while (i <= mid && j <= right) {
            temp[k++] = (arr[i] <= arr[j]) ? arr[i++] : arr[j++];
        }
        while (i <= mid) temp[k++] = arr[i++];
        while (j <= right) temp[k++] = arr[j++];

        System.arraycopy(temp, left, arr, left, right - left + 1);
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {8, 4, 5, 7, 1, 3, 6, 2};
        System.out.println("排序前:");
        for (int num : arr) System.out.print(num + " ");

        mergeSort(arr);

        System.out.println("\n递归归并排序后:");
        for (int num : arr) System.out.print(num + " ");
    }
}

运行试试,输入输出一目了然。递归版最大的优点是代码简洁好理解,但如果数组特别大(比如几十万个元素),递归深度可能触发 StackOverflowError。这时候迭代版就上场了。

2. 非递归版归并排序(迭代实现)

迭代版是怎么玩的?思路很直接:从数组里最小的一对元素(子数组长度 = 1)开始,两两合并;然后子数组长度翻倍(1→2→4→8…),继续合并;直到整个数组有序。没有递归,也就不存在栈溢出的风险。

代码里有一个关键变量 mergeSize,它控制了每次合并的“块”大小。循环里不断向左向右找左、中、右边界,然后调用一模一样的 merge 方法。注意边界处理:右边界不能越界,如果只有左半边就不用合并。

public class MergeSortNonRecursive {

    public static void mergeSortNonRecursive(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length <= 1) return;
        int n = arr.length;
        int[] temp = new int[n];
        int mergeSize = 1;

        while (mergeSize < n) {
            for (int left = 0; left < n; left += mergeSize * 2) {
                int mid = left + mergeSize - 1;
                int right = Math.min(left + mergeSize * 2 - 1, n - 1);

                if (mid >= right) break;

                merge(arr, left, mid, right, temp);
            }
            mergeSize *= 2;
        }
    }

    private static void merge(int[] arr, int left, int mid, int right, int[] temp) {
        int i = left, j = mid + 1, k = left;

        while (i <= mid && j <= right) {
            temp[k++] = (arr[i] <= arr[j]) ? arr[i++] : arr[j++];
        }
        while (i <= mid) temp[k++] = arr[i++];
        while (j <= right) temp[k++] = arr[j++];

        System.arraycopy(temp, left, arr, left, right - left + 1);
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {8, 4, 5, 7, 1, 3, 6, 2};
        System.out.println("排序前:");
        for (int num : arr) System.out.print(num + " ");

        mergeSortNonRecursive(arr);

        System.out.println("\n非递归归并排序后:");
        for (int num : arr) System.out.print(num + " ");
    }
}

核心说明

再说两个关键的细节:

  • merge 方法是归并排序的“灵魂”。两个版本用的 merge 完全一样——先比较左右两个有序区的当前元素,小的放临时数组,然后补齐剩余,最后整段拷贝回原数组。
  • 稳定性不是偶然。因为 if (arr[i] <= arr[j]) 这个条件保证了当左右元素相等时,优先取左边的,所以相对顺序不会被打乱。这是稳定的本质。

总结

  • 递归版:自上而下拆分,代码最简洁,适合学习理解和面试手写。
  • 非递归版:自下而上合并,没有递归栈深度限制,适合生产环境的大数据量。
  • 两个版本的时间复杂度都是 O(n log n),空间复杂度都是 O(n)(临时数组)。
  • 代码复制粘贴就能跑,结果直接打印,一目了然。

想深入理解归并排序,建议先从递归版入手,理解了拆分-合并的递归逻辑后,再看迭代版会豁然开朗。

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