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归并排序的非递归实现

归并排序是一种典型的分治算法，其基本思想是将两个或多个有序的子序列合并成一个有序的序列，这种排序算法在最坏、平均和最好的时间复杂度均为O(NlogN)，表现出良好的稳定性，下面具体介绍非递归版本的归并排序。

1. 排序思想

归并排序的核心在于“分”与“合”的过程，在非递归实现中，通过不断扩大合并区间的大小来实现排序，首先两两合并，然后四四合并，依次类推，直到整个数组有序。

2. 代码流程及思路

为了简化代码编写过程，可以先从单趟归并排序开始，逐步扩展到多趟归并排序。

3. 单趟归并排序

单趟归并排序的主要步骤如下：

1、初始化临时数组：创建一个与原数组等大的临时数组，用于存放合并后的有序序列。

2、合并操作：分别从左右两个有序数组中取出元素进行比较，将较小的元素依次放入临时数组，直到所有元素都放入临时数组为止。

3、数据拷贝：将临时数组中的数据拷贝回原数组，完成一轮归并。

下面是单趟归并排序的函数实现：

void MergeArr(int* arr, int* tmp, int left, int mid, int right)
{
    // 省略具体实现...
}

4. 多趟归并排序

多趟归并排序需要不断将数组二分，直到每个小区间只有一个元素，然后逐层返回进行合并，以下是多趟归并排序的函数实现：

void MergePartSort(int* arr, int* tmp, int begin, int end)
{
    // 省略具体实现...
}

5. 非递归实现

非递归实现的关键在于每一趟合并时不断加倍合并区间的大小，直至区间大小超过数组长度，以下是非递归版本的归并排序：

void MergeSortNonR(int* arr, int begin, int end)
{
    // 省略具体实现...
}

6. 相关问答FAQs

Q1: 如何优化归并排序的空间复杂度？

A1: 可以通过在原地归并来优化空间复杂度，具体做法是在合并过程中直接修改原数组，而不是借助额外的临时数组，但这种做法会大幅增加代码复杂性，并且不易实现。

Q2: 归并排序的非递归实现有哪些优点和缺点？

A2:优点：避免了递归调用带来的栈溢出问题；在一些场景下，非递归实现的控制流程更清晰。缺点：代码量相对较大，理解和实现较为复杂；在某些情况下不如递归实现简洁高效。