在归并排序 C++ 中使用归并时的随机值

Question

对于一个小的家庭作业，我应该编写一个简单的合并函数，其原型如下所示：

void merge(int a[], int left_low,  int left_high, int right_low, int right_high)

说明为了简单起见，我们只接受一个数组a[] 和right_low = left_high + 1。我们还将最终值存储在传入的原始数组 a[] 中。本质上，对于具有值 a[] = {1,3,10,4,7,8} 的数组，它看起来像这样：

a = {1, 3,     10 ,         4,    7,      8}
     ^         ^            ^             ^ 
  left_low  left_high    right_low     right_high

对于这项作业，我们必须通过一些测试。第一个是两个数组之间的简单合并。第二个是老师自己的 merge_sort 函数，他调用了一些随机排序的数组。这是我对merge() 的实现：

void merge(int a[], int left_low,  int left_high,
                    int right_low, int right_high) {
    int temp[right_high + 1]; // temporary array to store the result
    int left_i = left_low, right_i = right_low, temp_i = 0;

    // while the temporary array is not filled
    while(temp_i != right_high + 1)
    {
        if(left_i == left_high + 1)
            temp[temp_i++] = a[right_i++];
        else if(right_i == right_high + 1)
            temp[temp_i++] = a[left_i++];
        else if(a[left_i] < a[right_i])
            temp[temp_i++] = a[left_i++];
        else
            temp[temp_i++] = a[right_i++];
    } // end while
    for(int i = 0; i < temp_i; ++i)
        a[i] = temp[i];
}

当他调用第一个测试时，他只检查两个数组的合并，我的函数工作，现在单个数组已排序。然而，当他调用他的 merge_sort 函数时，我最终得到了垃圾值。以下是他的测试功能：

template<class T>
void print (std::string label, T a[], int length, bool report_sorted) {
  bool sorted = true;
  std::cout << label;
  for (int i=0; i<length; ++i) {
    std::cout << a[i];
    if (i == length-1)
      std::cout << std::endl;
    else {
      std::cout << ", ";
      if (a[i] > a[i+1])
        sorted = false;
    }
  }
  if (report_sorted)
    std::cout << (sorted ? "    Sorted" : "    Not Sorted") << std::endl;
}

void shuffle(int values[], int length) {
  std::vector<int> v_values;
  for (int i=0; i<length; ++i)
    v_values.push_back(values[i]);
  std::random_shuffle(v_values.begin(),v_values.end());
  for (int i=0; i<length; ++i)
    values[i] = v_values[i];
}

//Recursive Merge Sort
template<class T>
void merge_sort(T a[], int low, int high) {
  if (high - low < 1)               //Base case: 0 or 1 value to sort -> sorted
    return;
  else {
    int mid = (low + high)/2;       //Split in 1/2
    merge_sort(a, low, mid);        //Recursively sort low to mid
    merge_sort(a, mid+1, high);     //Recursively sort mid+1 to high
    merge(a, low,mid, mid+1,high);  //Merge sorted parts of array
  }
}

//Standard Merge Sort (calls a generalized one, with more parameters)
template<class T>
void merge_sort(T a[], int length) {
  merge_sort(a, 0, length-1);
}

std::cout << "\n\nTesting merge in merge sort" << std::endl;
    int test_merge_sort[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    for (int i=0; i<5; i++) {
      shuffle(test_merge_sort, 10);
      print("\n  Array before sort: ", test_merge_sort, 10, false);
      merge_sort(test_merge_sort, 10);
      print("  Array after  sort: ", test_merge_sort, 10, true);
    }

由于某种原因，我的输出最终看起来像这样：

 Array before sort: 3, 9, 2, 5, 8, 4, 6, 10, 1, 7
  Array after  sort: -944749486, 4, 5439488, 0, 5443192, 5443196, 1975317641, -944749486, 4, 1995111146
    Not Sorted

  Array before sort: 1995111146, 1975317641, 4, 0, -944749486, 5443192, 5443196, 5439488, 4, -944749486
  Array after  sort: -944749486, 4, 5439488, 0, 5443192, 5443196, 1975317641, -944749486, 4, 1995111146
    Not Sorted

  Array before sort: -944749486, -944749486, 5443196, 4, 5439488, 1995111146, 5443192, 1975317641, 0, 4
  Array after  sort: -944749486, 4, 5439488, 0, 5443192, 5443196, 1975317641, -944749486, 4, 1995111146
    Not Sorted

  Array before sort: 1975317641, -944749486, 4, 4, 5439488, 5443192, 5443196, -944749486, 0, 1995111146
  Array after  sort: -944749486, 4, 5439488, 0, 5443192, 5443196, 1975317641, -944749486, 4, 1995111146
    Not Sorted

  Array before sort: -944749486, 5443192, 5443196, 1975317641, 4, 0, -944749486, 5439488, 1995111146, 4
  Array after  sort: -944749486, 4, 5439488, 0, 5443192, 5443196, 1975317641, -944749486, 4, 1995111146
    Not Sorted

可能导致此问题的合并代码出了什么问题？

Answer 1

问题是您错误地计算了temp 中的条目数：您的代码认为它是right_high + 1，但正确的公式是right_high - left_low + 1。

例如，当调用为您提供索引 10、15、16、26 时，您的代码会尝试合并 27 个值，而它应该只合并 17 个值（即索引 10 到 26，包括在内）。

这在left_low 为零时没有区别，因此您的测试用例运行良好。但是一旦left_low 变为非零，例如在对数组的右半部分进行排序时，您的代码会“超出”两个数组，将垃圾值放入 tmp 并覆盖数组 a 中的值。

最后一个 for 循环中的分配也需要在偏移量 left_low 处：

for(int i = 0; i < temp_i; ++i)
    a[i+left_low] = temp[i];