我的合并排序代码有什么问题？答案

【问题标题】：What is wrong with my Merge Sort code?我的合并排序代码有什么问题？
【发布时间】：2016-03-18 00:23:07
【问题描述】：

我在计算机课上遇到了合并排序问题。我不断收到错误或返回的原始 ArrayList。

我相信合并排序涉及递归地将数组（列表）分成两半，直到只剩下一个元素，然后从这些单独的元素开始工作，按排序顺序合并它们。这一直持续到对数组（列表）进行排序。至于实际的排序部分，我试图在新的 ArrayList 中插入两半之间的较高值，直到它们都为空，在这种情况下，填充的 ArrayList 现在已排序。

这是我当前的代码：

public static ArrayList<Integer> mergesort(ArrayList<Integer> arr) {

    // Base case: if size of ArrayList is 1, return it.
    if (arr.size() < 2) {
        return arr;
    }

    // Else: Find the middle index.
    int middle = (arr.size() - 1) / 2;

    // Split into left and right halves.
    ArrayList<Integer> leftHalf = new ArrayList<Integer>();
    for (int i = 0; i < middle; i++)
        leftHalf.add(arr.get(i));

    ArrayList<Integer> rightHalf = new ArrayList<Integer>();
    for (int j = middle; j < arr.size(); j++)
        rightHalf.add(arr.get(j));

    // Recurse using the halves.
    mergesort(leftHalf);
    mergesort(rightHalf);

    // Sort and merge the two halves.
    return merge(leftHalf, rightHalf, arr);
}

// Merge two halves and sort them, and put the sorted values into the ArrayList sorted.
public static ArrayList<Integer> merge(ArrayList<Integer> arr1, ArrayList<Integer> arr2, ArrayList<Integer> sorted) {

    // While the ArrayLists are not empty, add sorted elements to ArrayList sorted.
    while (arr1.size() > 0 && arr2.size() > 0) {

        // If the first element in A is greater than the first in B, remove A and add to ArrayList sorted.
        if (arr1.get(0) >= arr2.get(0)) {
            sorted.add(arr1.get(0));
            arr1.remove(0);
        }
        // Else, remove from B and add to ArrayList sorted.
        else {
            sorted.add(arr2.get(0));
            arr2.remove(0);
        }
    }

    // If there're still elements in A due to arr being odd
    // add them to C since they will be the largest.
    if (arr1.size() > 0)
        sorted.add(arr1.get(0));

    return sorted;
}

如果有任何帮助，我将不胜感激，但请不要给我合并排序的完整实现，因为我想真正了解如何在未来执行此操作。

【问题讨论】：

最简单的未正确排序的示例是什么？当您在调试器中单步执行此代码时会看到什么？
顺便说一句，要提高性能，请尝试这样做，不要创建任何新的 ArrayLists，也不要复制它们，也不要使用昂贵的 remove(0)。
我总是返回原始数组，即使是简单的事情。我认为我对递归还没有扎实的掌握，所以我很难确定问题是什么。
如果不创建新的 ArrayList，我将如何做到这一点？我想我必须提高内存效率，因为我得到了 java.lang.OutofMemoryError
尝试创建一个方法mergesort(List<Integer> list, int start, int end)，它不会从列表中删除任何内容，但可以对值进行适当的排序。这不是 CPU 效率最高的，但不会产生额外的内存，尽管您可以创建一个方法 mergesort(List<integer> list, int start, int end, List<Integer> scratchList)，其中暂存列表用作可重用列表。这最多会使您的内存使用量增加一倍。顺便说一句，如果您可以使用 int[] 而不是 List<Integer> 这可以是内存使用量的 1/5。

标签： java arrays sorting arraylist merge

【解决方案1】：

我看到了两个直接的问题。

首先，你有无限递归。假设您传入一个 4 值列表并打印列表大小和中间值，您将得到：

size 4, middle 1 size 3, middle 1 size 2, middle 0 size 2, middle 0 size 2, middle 0 ... to infinity

请记住，Java 已经在您的代码中进行整数除法。

其次，您将arr 参数从mergesort 传递到merge，没有任何东西被从中删除。因此，即使您通过了无限递归，最终您仍然会得到一个更大的列表，您的原始列表加上您 .add()ed 给它的任何内容

【讨论】：

感谢您的帮助！我将如何修复合并排序中的参数？
@JunlinYi 根据您已经编写的内容，您希望merge 函数中的sorted 是一个新的本地列表，然后返回。然后，您的 mergesort 函数会将 leftHalf 和 rightHalf 设置为它们各自的 mergesort 调用的返回值。这种方法意味着不再需要 merge 中的 sorted 参数。这不是修复现有问题的唯一方法，但由于 Java 传递对象的方式，它可能是最容易理解的。即使你修复了它，你也会发现你的输出不是你想要的，但修复应该很容易。

【解决方案2】：

正如 MarquisDeMizzle 所说，当 arr.size() == 1 时，中间 == 1。

    int middle = arr.size() / 2;

在主合并循环复制所有剩余元素之后，由于您不知道 arr1 或 arr2 是否先为空，请同时检查：

    // copy any remaining elements
    while (arr1.size() > 0)
        sorted.add(arr1.get(0));

    while (arr2.size() > 0)
        sorted.add(arr2.get(0));

如果有兴趣，您可能想学习自下而上的归并排序。它跳过所有递归，并开始假设具有 n 个元素的数组是 n 次大小为 1 的运行，仅使用索引在原始数组和临时数组之间来回合并。

【讨论】：