快捷導(dǎo)航

Java實現(xiàn)歸并排序的方法詳解(包含遞歸+非遞歸)

更新時間：2026年05月29日 08:43:07 作者：超夢dasgg

歸并歸分n時間復(fù)雜度O(nlogn)的歸并排序,遞歸與迭代實現(xiàn),穩(wěn)定排序適用于大數(shù)據(jù)處理,本文詳細(xì)解析了遞歸與非遞歸版本的實現(xiàn)邏輯與應(yīng)用場景,需要的朋友可以參考下

1. 遞歸版歸并排序（最常用）

思路：

把數(shù)組從中間拆分成左右兩部分
遞歸排序左右子數(shù)組
合并兩個有序子數(shù)組為一個有序數(shù)組

public class MergeSort {

    // 對外暴露的排序方法
    public static void mergeSort(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length <= 1) {
            return;
        }
        // 臨時數(shù)組，避免遞歸中頻繁創(chuàng)建數(shù)組
        int[] temp = new int[arr.length];
        sort(arr, 0, arr.length - 1, temp);
    }

    // 遞歸拆分 + 排序
    private static void sort(int[] arr, int left, int right, int[] temp) {
        // 遞歸終止條件：子數(shù)組只有一個元素
        if (left >= right) {
            return;
        }
        int mid = left + (right - left) / 2; // 防止溢出
        sort(arr, left, mid, temp);      // 排序左半部分
        sort(arr, mid + 1, right, temp);  // 排序右半部分
        merge(arr, left, mid, right, temp); // 合并兩個有序子數(shù)組
    }

    // 合并兩個有序區(qū)間 [left, mid] 和 [mid+1, right]
    private static void merge(int[] arr, int left, int mid, int right, int[] temp) {
        int i = left;    // 左數(shù)組起始指針
        int j = mid + 1; // 右數(shù)組起始指針
        int k = left;    // 臨時數(shù)組指針

        // 把兩個有序子數(shù)組按順序放入 temp
        while (i <= mid && j <= right) {
            if (arr[i] <= arr[j]) {
                temp[k++] = arr[i++];
            } else {
                temp[k++] = arr[j++];
            }
        }

        // 拷貝左數(shù)組剩余元素
        while (i <= mid) {
            temp[k++] = arr[i++];
        }

        // 拷貝右數(shù)組剩余元素
        while (j <= right) {
            temp[k++] = arr[j++];
        }

        // 把 temp 中排好序的部分復(fù)制回原數(shù)組
        System.arraycopy(temp, left, arr, left, right - left + 1);
    }

    // 測試
    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遞歸歸并排序后：");
        for (int num : arr) {
            System.out.print(num + " ");
        }
    }
}

2. 非遞歸版歸并排序（迭代實現(xiàn)）

思路：

從最小子數(shù)組長度 = 1開始，兩兩合并
子數(shù)組長度翻倍（1→2→4→8…）
直到合并成整個數(shù)組 無遞歸，避免棧溢出，適合大數(shù)據(jù)量

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; // 初始合并單元長度：1

        while (mergeSize < n) {
            // 每次從左到右依次合并兩個長度為 mergeSize 的子數(shù)組
            for (int left = 0; left < n; left += mergeSize * 2) {
                int mid = left + mergeSize - 1;
                // 右邊界不能越界
                int right = Math.min(left + mergeSize * 2 - 1, n - 1);
                
                // 只有左半邊，無需合并
                if (mid >= right) {
                    break;
                }
                
                // 合并邏輯和遞歸版完全一樣
                merge(arr, left, mid, right, temp);
            }
            // 子數(shù)組長度翻倍
            mergeSize *= 2;
        }
    }

    // 合并方法和遞歸版完全相同
    private static void merge(int[] arr, int left, int mid, int right, int[] temp) {
        int i = left;
        int j = mid + 1;
        int k = left;

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

    // 測試
    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非遞歸歸并排序后：");
        for (int num : arr) {
            System.out.print(num + " ");
        }
    }
}