Сортировка Слиянием На Языке Python

Первое улучшение состояло бы в упрощении трех случаев в основном цикле: вместо того, чтобы повторять, пока некоторые из последовательностей имеют элементы, повторяйте, пока обе последовательности имеют элементы. При выходе из цикла Один из них будет пустым, мы не знаем, какой именно, но нам все равно: мы добавляем их в конце результата.

def msort2(x):
    if len(x) < 2:
        return x
    result = []          # moved!
    mid = int(len(x) / 2)
    y = msort2(x[:mid])
    z = msort2(x[mid:])
    while (len(y) > 0) and (len(z) > 0):
        if y[0] > z[0]:
            result.append(z[0])
            z.pop(0)
        else:
            result.append(y[0])
            y.pop(0)
    result += y
    result += z
    return result

Вторая оптимизация заключается в том, чтобы избежать popping элементов. Вернее, иметь два индекса:

def msort3(x):
    result = []
    if len(x) < 2:
        return x
    mid = int(len(x) / 2)
    y = msort3(x[:mid])
    z = msort3(x[mid:])
    i = 0
    j = 0
    while i < len(y) and j < len(z):
        if y[i] > z[j]:
            result.append(z[j])
            j += 1
        else:
            result.append(y[i])
            i += 1
    result += y[i:]
    result += z[j:]
    return result

Окончательное улучшение состоит в использовании не - рекурсивный алгоритм сортировки коротких последовательностей. В этом случае я использую встроенную функцию sorted и использую ее, когда размер входного сигнала меньше 20:

def msort4(x):
    result = []
    if len(x) < 20:
        return sorted(x)
    mid = int(len(x) / 2)
    y = msort4(x[:mid])
    z = msort4(x[mid:])
    i = 0
    j = 0
    while i < len(y) and j < len(z):
        if y[i] > z[j]:
            result.append(z[j])
            j += 1
        else:
            result.append(y[i])
            i += 1
    result += y[i:]
    result += z[j:]
    return result

Мои измерения для сортировки случайного списка из 100000 целых чисел составляют 2,46 секунды для исходной версии, 2,33 для msort2, 0,60 для msort3 и 0,40 для msort4. Для справки, сортировка всего списка с помощью sorted занимает 0,03 секунды.

Код с курса MIT. (с родовым кооператором)

import operator


def merge(left, right, compare):
    result = []
    i, j = 0, 0
    while i < len(left) and j < len(right):
        if compare(left[i], right[j]):
            result.append(left[i])
            i += 1
        else:
            result.append(right[j])
            j += 1
    while i < len(left):
        result.append(left[i])
        i += 1
    while j < len(right):
        result.append(right[j])
        j += 1
    return result


def mergeSort(L, compare=operator.lt):
    if len(L) < 2:
        return L[:]
    else:
        middle = int(len(L) / 2)
        left = mergeSort(L[:middle], compare)
        right = mergeSort(L[middle:], compare)
        return merge(left, right, compare)

def merge_sort(x):

    if len(x) < 2:return x

    result,mid = [],int(len(x)/2)

    y = merge_sort(x[:mid])
    z = merge_sort(x[mid:])

    while (len(y) > 0) and (len(z) > 0):
            if y[0] > z[0]:result.append(z.pop(0))   
            else:result.append(y.pop(0))

    result.extend(y+z)
    return result

Как уже было сказано, l.pop(0) является операцией O (len (l)) и должна быть исключена, приведенная выше функция msort является O(n**2). Если эффективность имеет значение, индексация лучше, но и стоимость тоже. for x in l быстрее, но не так просто реализовать для mergesort: iter можно использовать вместо этого здесь. Наконец, проверка i < len(l) производится дважды, потому что тестируется снова при обращении к элементу: механизм исключения (try except) лучше и дает последнее улучшение на 30% .

def msort(l):
    if len(l)>1:
        t=len(l)//2
        it1=iter(msort(l[:t]));x1=next(it1)
        it2=iter(msort(l[t:]));x2=next(it2)
        l=[]
        try:
            while True:
                if x1<=x2: l.append(x1);x1=next(it1)
                else     : l.append(x2);x2=next(it2)
        except:
            if x1<=x2: l.append(x2);l.extend(it2)
            else:      l.append(x1);l.extend(it1)
    return l

Такие петли, вероятно, можно ускорить:

for i in z:
    result.append(i)
    z.pop(0)

Вместо этого просто сделайте следующее:

result.extend(z)

Обратите внимание, что нет необходимости очищать содержимое z, потому что вы все равно не будете его использовать.

Более длинный, который считает инверсии и придерживается интерфейса sorted. Это тривиально, чтобы изменить это, чтобы сделать его методом объекта, который сортирует на месте.

import operator

class MergeSorted:

    def __init__(self):
        self.inversions = 0

    def __call__(self, l, key=None, reverse=False):

        self.inversions = 0

        if key is None:
            self.key = lambda x: x
        else:
            self.key = key

        if reverse:
            self.compare = operator.gt
        else:
            self.compare = operator.lt

        dest = list(l)
        working = [0] * len(l)
        self.inversions = self._merge_sort(dest, working, 0, len(dest))
        return dest

    def _merge_sort(self, dest, working, low, high):
        if low < high - 1:
            mid = (low + high) // 2
            x = self._merge_sort(dest, working, low, mid)
            y = self._merge_sort(dest, working, mid, high)
            z = self._merge(dest, working, low, mid, high)
            return (x + y + z)
        else:
            return 0

    def _merge(self, dest, working, low, mid, high):
        i = 0
        j = 0
        inversions = 0

        while (low + i < mid) and (mid + j < high):
            if self.compare(self.key(dest[low + i]), self.key(dest[mid + j])):
                working[low + i + j] = dest[low + i]
                i += 1
            else:
                working[low + i + j] = dest[mid + j]
                inversions += (mid - (low + i))
                j += 1

        while low + i < mid:
            working[low + i + j] = dest[low + i]
            i += 1

        while mid + j < high:
            working[low + i + j] = dest[mid + j]
            j += 1

        for k in range(low, high):
            dest[k] = working[k]

        return inversions


msorted = MergeSorted()

Использует

>>> l = [5, 2, 3, 1, 4]
>>> s = msorted(l)
>>> s
[1, 2, 3, 4, 5]
>>> msorted.inversions
6

>>> l = ['e', 'b', 'c', 'a', 'd']
>>> d = {'a': 10,
...      'b': 4,
...      'c': 2,
...      'd': 5,
...      'e': 9}
>>> key = lambda x: d[x]
>>> s = msorted(l, key=key)
>>> s
['c', 'b', 'd', 'e', 'a']
>>> msorted.inversions
5

>>> l = [5, 2, 3, 1, 4]
>>> s = msorted(l, reverse=True)
>>> s
[5, 4, 3, 2, 1]
>>> msorted.inversions
4

>>> l = ['e', 'b', 'c', 'a', 'd']
>>> d = {'a': 10,
...      'b': 4,
...      'c': 2,
...      'd': 5,
...      'e': 9}
>>> key = lambda x: d[x]
>>> s = msorted(l, key=key, reverse=True)
>>> s
['a', 'e', 'd', 'b', 'c']
>>> msorted.inversions
5

Возьмите мою реализацию

def merge_sort(sequence):
    if len(sequence) < 2:
        return sequence
    m = len(sequence) / 2
    return merge(merge_sort(sequence[:m]), merge_sort(sequence[m:]))


def merge(left, right):
    result = []
    i = j = 0
    while i < len(left) and j < len(right):
        if left[i] < right[j]:
            result.append(left[i])
            i += 1
        else:
            result.append(right[j])
            j += 1
    result += left[i:]
    result += right[j:]

    return result


print merge_sort([5, 2, 6, 8, 5, 8, 1])

Вот еще одно решение

class MergeSort(object):
    def _merge(self,left, right):
        nl = len(left)
        nr = len(right)
        result = [0]*(nl+nr)
        i=0
        j=0
        for k in range(len(result)):
            if nl>i and nr>j:
                if left[i] <= right[j]:
                    result[k]=left[i]
                    i+=1
                else:
                    result[k]=right[j]
                    j+=1
            elif nl==i:
                result[k] = right[j]
                j+=1
            else: #nr>j:
                result[k] = left[i]
                i+=1
        return result

    def sort(self,arr):
        n = len(arr)
        if n<=1:
            return arr 
        left = self.sort(arr[:n/2])
        right = self.sort(arr[n/2:] )
        return self._merge(left, right)
def main():
    import random
    a= range(100000)
    random.shuffle(a)
    mr_clss = MergeSort()
    result = mr_clss.sort(a)
    #print result

if __name__ == '__main__':
    main()

А вот время выполнения для списка со 100000 элементами:

real    0m1.073s
user    0m1.053s
sys         0m0.017s

def merge(l1, l2, out=[]):
    if l1==[]: return out+l2
    if l2==[]: return out+l1
    if l1[0]<l2[0]: return merge(l1[1:], l2, out+l1[0:1])
    return merge(l1, l2[1:], out+l2[0:1])
def merge_sort(l): return (lambda h: l if h<1 else merge(merge_sort(l[:h]), merge_sort(l[h:])))(len(l)/2)
print(merge_sort([1,4,6,3,2,5,78,4,2,1,4,6,8]))

Вот CLRS реализация:

def merge(arr, p, q, r):
    n1 = q - p + 1
    n2 = r - q
    right, left = [], []
    for i in range(n1):
        left.append(arr[p + i])
    for j in range(n2):
        right.append(arr[q + j + 1])
    left.append(float('inf'))
    right.append(float('inf'))
    i = j = 0
    for k in range(p, r + 1):
        if left[i] <= right[j]:
            arr[k] = left[i]
            i += 1
        else:
            arr[k] = right[j]
            j += 1


def merge_sort(arr, p, r):
    if p < r:
        q = (p + r) // 2
        merge_sort(arr, p, q)
        merge_sort(arr, q + 1, r)
        merge(arr, p, q, r)


if __name__ == '__main__':
    test = [5, 2, 4, 7, 1, 3, 2, 6]
    merge_sort(test, 0, len(test) - 1)
    print test

Результат:

[1, 2, 2, 3, 4, 5, 6, 7]

Немного опоздал на вечеринку, но я решил бросить свою шляпу в кольцо, поскольку мое решение, похоже, работает быстрее, чем у опа (на моей машине, во всяком случае):

# [Python 3]
def merge_sort(arr):
    if len(arr) < 2:
        return arr
    half = len(arr) // 2
    left = merge_sort(arr[:half])
    right = merge_sort(arr[half:])
    out = []
    li = ri = 0  # index of next element from left, right halves
    while True:
        if li >= len(left):  # left half is exhausted
            out.extend(right[ri:])
            break
        if ri >= len(right): # right half is exhausted
            out.extend(left[li:])
            break
        if left[li] < right[ri]:
            out.append(left[li])
            li += 1
        else:
            out.append(right[ri])
            ri += 1
    return out

Это не имеет никаких медленных pop()s, и как только один из полу-массивов исчерпан, он немедленно расширяет другой на выходной массив, а не начинает новый цикл.

Я знаю, что это зависит от машины, но для 100 000 случайных элементов (выше merge_sort() против встроенного Pythonsorted()):

merge sort: 1.03605 seconds
Python sort: 0.045 seconds
Ratio merge / Python sort: 23.0229

def mergeSort(alist):
    print("Splitting ",alist)
    if len(alist)>1:
        mid = len(alist)//2
        lefthalf = alist[:mid]
        righthalf = alist[mid:]

        mergeSort(lefthalf)
        mergeSort(righthalf)

        i=0
        j=0
        k=0
        while i < len(lefthalf) and j < len(righthalf):
            if lefthalf[i] < righthalf[j]:
                alist[k]=lefthalf[i]
                i=i+1
            else:
                alist[k]=righthalf[j]
                j=j+1
            k=k+1

        while i < len(lefthalf):
            alist[k]=lefthalf[i]
            i=i+1
            k=k+1

        while j < len(righthalf):
            alist[k]=righthalf[j]
            j=j+1
            k=k+1
    print("Merging ",alist)

alist = [54,26,93,17,77,31,44,55,20]
mergeSort(alist)
print(alist)

Попробуйте эту рекурсивную версию

def mergeList(l1,l2):
    l3=[]
    Tlen=len(l1)+len(l2)
    inf= float("inf")
    for i in range(Tlen):
        print   "l1= ",l1[0]," l2= ",l2[0]
        if l1[0]<=l2[0]:
            l3.append(l1[0])
            del l1[0]
            l1.append(inf)
        else:
            l3.append(l2[0])
            del l2[0]
            l2.append(inf)
    return l3

def main():
    l1=[2,10,7,6,8]
    print mergeSort(breaklist(l1))

def breaklist(rawlist):
    newlist=[]
    for atom in rawlist:
        print atom
        list_atom=[atom]
        newlist.append(list_atom)
    return newlist

def mergeSort(inputList):
    listlen=len(inputList)
    if listlen ==1:
        return inputList
    else:
        newlist=[]
        if listlen % 2==0:
            for i in range(listlen/2):
                newlist.append(mergeList(inputList[2*i],inputList[2*i+1]))
        else:
            for i in range((listlen+1)/2):
                if 2*i+1<listlen:
                    newlist.append(mergeList(inputList[2*i],inputList[2*i+1]))
                else:
                    newlist.append(inputList[2*i])
        return  mergeSort(newlist)

if __name__ == '__main__':
    main()

def merge(x):
    if len(x) == 1:
        return x
    else:
        mid = int(len(x) / 2)
        l = merge(x[:mid])
        r = merge(x[mid:])
    i = j = 0
    result = []
    while i < len(l) and j < len(r):
        if l[i] < r[j]:
            result.append(l[i])
            i += 1
        else:
            result.append(r[j])
            j += 1
    result += l[i:]
    result += r[j:]
    return result

    def merge(a,low,mid,high):
        l=a[low:mid+1]
        r=a[mid+1:high+1]
        #print(l,r)
        k=0;i=0;j=0;
        c=[0 for i in range(low,high+1)]
        while(i<len(l) and j<len(r)):
            if(l[i]<=r[j]):

                c[k]=(l[i])
                k+=1

                i+=1
            else:
                c[k]=(r[j])
                j+=1
                k+=1
        while(i<len(l)):
            c[k]=(l[i])
            k+=1
            i+=1

        while(j<len(r)):
            c[k]=(r[j])
            k+=1
            j+=1
        #print(c)  
        a[low:high+1]=c  

    def mergesort(a,low,high):
        if(high>low):
            mid=(low+high)//2


            mergesort(a,low,mid)
            mergesort(a,mid+1,high)
            merge(a,low,mid,high)

    a=[12,8,3,2,9,0]
    mergesort(a,0,len(a)-1)
    print(a)

Если вы измените свой код таким образом, он будет работать.

def merge_sort(arr):
    if len(arr) < 2:
        return arr[:]
    middle_of_arr = len(arr) / 2
    left = arr[0:middle_of_arr]
    right = arr[middle_of_arr:]
    left_side = merge_sort(left)
    right_side = merge_sort(right)
    return merge(left_side, right_side)

def merge(left_side, right_side):
    result = []
    while len(left_side) > 0 or len(right_side) > 0:
        if len(left_side) > 0 and len(right_side) > 0:
            if left_side[0] <= right_side[0]:
                result.append(left_side.pop(0))
            else:
                result.append(right_side.pop(0))
        elif len(left_side) > 0:
            result.append(left_side.pop(0))
        elif len(right_side) > 0:
            result.append(right_side.pop(0))
    return result

arr = [6, 5, 4, 3, 2, 1]
# print merge_sort(arr)
# [1, 2, 3, 4, 5, 6]