归并排序

package class04;

import java.util.Arrays;

/**
 * 归并排序
 */
public class Code01_MergeSort {
    //递归方式的归并排序
    public static void mergeSort(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length < 2) {
            return;
        }
        process(arr, 0, arr.length - 1);
    }

    //把arr[L...R]排有序
    //L...R  N个数
    //T(N) = 2 * T(N / 2) + O(N)
    //master公式
    //a=2,b=2,d=1
    //所以时间复杂度是：O(N*logN)
    private static void process(int[] arr, int L, int R) {
        if (L == R) {
            return;
        }
        int M = L + ((R - L) >> 1);
        process(arr, L, M);//使左边有序
        process(arr, M + 1, R);//使右边有序
        merge(arr, L, M, R);//合并左边和右边，使整体有序。
    }

    //合并
    private static void merge(int[] arr, int L, int M, int R) {
        int[] help = new int[R - L + 1];
        int i = 0;
        int p1 = L;//左指针指向当前循环的，左侧数组的0位置。
        int p2 = M + 1;//右指针指向当前循环的，右侧数组的0位置。
        while (p1 <= M && p2 <= R) {//只要p1还没越界，并且p2还没越界
            //如果左侧的这个数arr[p1] <= 右侧的这个数arr[p2]，
            //那么将将辅助数组的i位置help[i]，赋上arr[p1]这个值。p1++，i++。
            //否则，p2++，i++。
            help[i++] = arr[p1] <= arr[p2] ? arr[p1++] : arr[p2++];
        }
        //到这，要么p1越界，要么p2越界。
        //p2越界
        while (p1 <= M) {
            help[i++] = arr[p1++];
        }
        //p1越界
        while (p2 <= R) {
            help[i++] = arr[p2++];
        }
        //help数组填好值之后，再填回arr数组。
        for (i = 0; i < help.length; i++) {
            arr[L + i] = help[i];
        }
    }

    //非递归方式的归并排序
    public static void mergeSort2(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length < 2) {
            return;
        }
        int N = arr.length;
        int mergeSize = 1;//定义步长等于1
        while (mergeSize < N) {//只要步长，小于数组的长度
            int L = 0;//定义当前左组的0位置
            while (L < N) {
                int M = L + mergeSize - 1;//当前左组的最右边的索引 = L + mergeSize - 1
                if (M >= N) {//如果当前左组的最右边的索引，大于等于数组长度，就跳出内层的while循环。
                    break;
                }
                //当前右组的最右一个索引，等于，M + mergeSize)和(N - 1)中较小的那个。
                int R = Math.min(M + mergeSize, N - 1);
                merge(arr, L, M, R);//合并左组和右组
                L = R + 1;//新一轮的L来到，当前右组的加一的位置。
            }
            if (mergeSize > N / 2) {//防止溢出
                break;
            }
            mergeSize <<= 1;//步长*2
        }
    }

    public static int[] generatorRandomArray(int maxSize, int maxValue) {
        int[] arr = new int[(int) (Math.random() * maxSize) + 2];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = (int) (Math.random() * maxValue);
        }
        return arr;
    }

    public static boolean isEquals(int[] arr1, int[] arr2) {
        if (arr1 == null && arr2 == null) {
            return true;
        }
        if (arr1 == null && arr2 != null) {
            return false;
        }
        if (arr1 != null && arr2 == null) {
            return false;
        }
        if (arr1.length != arr2.length) {
            return false;
        }
        for (int i = 0; i < arr1.length; i++) {
            if (arr1[i] != arr2[i]) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    public static int[] copyArray(int[] arr) {
        if (arr == null) {
            return null;
        }
        int[] res = new int[arr.length];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            res[i] = arr[i];
        }
        return res;
    }

    public static void printArray(int[] arr) {
        if (arr == null) {
            return;
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print(arr[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }

    public static void main(String[] args) {
        int maxSize = 100;
        int maxValue = 100;
        int testTimes = 100000;
        System.out.println("test start!");
        for (int i = 0; i < testTimes; i++) {
            int[] arr1 = generatorRandomArray(maxSize, maxValue);
            int[] arr = copyArray(arr1);
            int[] arr2 = copyArray(arr1);
            int[] arr3 = copyArray(arr1);
            mergeSort(arr1);
            mergeSort2(arr3);
            Arrays.sort(arr2);//基准
            if (!isEquals(arr1, arr2) || !isEquals(arr3, arr2)) {
                System.out.println("oops!");
                printArray(arr);
                printArray(arr1);
                printArray(arr2);
                break;
            }
        }
        System.out.println("test end!");
    }

}