利用归并排序求解逆序数及其时间复杂度分析

Part 1:问题描述

在一个排列中,如果一对数的前后位置与大小顺序相反,即前面的数大于后面的数,那么它们就称为一个逆序。一个排列中逆序的总数就称为这个排列的逆序数。现在给定一个序列,其中元素皆为整数(当然,这里只是为了方便,实际上也可以是其他类型的数据),元素个数未知,要求给出其逆序数。

Part 2:求解思路

1.由于元素个数未知,可以使用vector,能实现元素的快速增长。

2.从归并排序出发,只需做一点小改动即可得出逆序数。具体来说,归并排序要做的是:让两个子序列分别有序(使用递归函数),再将这两个排好序的子序列合并成一个有序的序列。假设我们要将序列从小到大排列,那么在合并(merge)的过程里,每当我们从第一个序列取出一个数放到合成的序列中时,这个数相对于第二个序列里剩余的数而言,都不构成逆序;反之,当我们从第二个序列里取出一个数放到合成序列中时,这个数相对于第一个序列里剩余的所有数,都分别构成一个逆序对。

Part 3:代码实现

github:https://github.com/Europe233/Number-of-Reverse-Order-Pairs-in-A-Sequence

Part 4:

时间复杂度分析:

显然当N=1时,程序只花费常数时间:T(1)=1;

而在一般情形,输入N个数的序列,要对两个长度为N/2的子序列分别进行一次归并排序并计算其中逆序数,花费时间为2*T(N/2),随后要对这两个子序列进行合并。合并时,首先要进行至多N次比较,每次比较至少使得合并序列的元素增加一个,同时如果是从第二个子序列拿元素,要对cnt的值进行一次加法运算。最后,要把合并序列的N个元素的值复制到原序列。不难分析出这些操作花费O(N).

综上,有公式:T(N)=2*T(N/2)+N.  再假设N/2可以被2整除,那么就有: T(N/2)=2T(N/4)+N/2 

联立后:T(N)=4T(N/4)+2N

假设N是2的k次幂,那么这个过程可以一直持续下去,得到:

T(N)=8T(N/8)+3N=......=(2^k)*T(N/2^k)+kN

有k=logN 有:T(N)=N logN + N

因此该方法的时间复杂度是O(N logN).

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转载自blog.csdn.net/Europe233/article/details/82841024