如何重构这个例程以避免使用递归？

Question

所以我在C#中编写mergesort作为练习，虽然它有效，但回顾代码，还有改进的空间。

基本上，算法的第二部分需要一个例程来合并两个排序列表。

这是我的太长的实现，可以使用一些重构：

private static List<int> MergeSortedLists(List<int> sLeft, List<int> sRight)
{
    if (sLeft.Count == 0 || sRight.Count == 0)
    {
        sLeft.AddRange(sRight);
        return sLeft;
    }
    else if (sLeft.Count == 1 && sRight.Count == 1)
    {
        if (sLeft[0] <= sRight[0])
            sLeft.Add(sRight[0]);
        else
            sLeft.Insert(0, sRight[0]);
        return sLeft;
    }
    else if (sLeft.Count == 1 && sRight.Count > 1)
    {
        for (int i=0; i<sRight.Count; i++)
        {
            if (sLeft[0] <= sRight[i])
            {
                sRight.Insert(i, sLeft[0]);
                return sRight;
            }
        }
        sRight.Add(sLeft[0]);
        return sRight;
    }
    else if (sLeft.Count > 1 && sRight.Count == 1)
    {
        for (int i=0; i<sLeft.Count; i++)
        {
            if (sRight[0] <= sLeft[i])
            {
                sLeft.Insert(i, sRight[0]);
                return sLeft;
            }
        }
        sLeft.Add(sRight[0]);
        return sLeft;
    }
    else
    {
        List<int> list = new List<int>();
        if (sLeft[0] <= sRight[0])
        {
            list.Add(sLeft[0]);
            sLeft.RemoveAt(0);
        }
        else
        {
            list.Add(sRight[0]);
            sRight.RemoveAt(0);
        }

        list.AddRange(MergeSortedLists(sLeft, sRight));
        return list;
    }       
}

当然可以通过删除递归等来改进/缩短这个例程。甚至还有其他方法来合并两个排序列表。因此，任何重构都是受欢迎的。

虽然我确实有答案，但我很好奇其他程序员将如何改进这个例程。

谢谢你！

Answer 1

合并两个排序列表可以在 O(n) 内完成。

List<int> lList, rList, resultList;
int r,l = 0;

while(l < lList.Count && r < rList.Count)
{
  if(lList[l] < rList[r]
    resultList.Add(lList[l++]);
  else
    resultList.Add(rList[r++]);
}
//And add the missing parts.
while(l < lList.Count)
  resultList.Add(lList[l++]);
while(r < rList.Count)
  resultList.Add(rList[r++]);

Answer 2

我对此的看法是：

private static List<int> MergeSortedLists(List<int> sLeft, List<int> sRight)
{
    List<int> result = new List<int>();
    int indexLeft = 0;
    int indexRight = 0;

    while (indexLeft < sLeft.Count || indexRight < sRight.Count)
    {
        if (indexRight == sRight.Count ||
            (indexLeft < sLeft.Count && sLeft[indexLeft] < sRight[indexRight]))
        {
            result.Add(sLeft[indexLeft]);
            indexLeft++;
        }
        else
        {
            result.Add(sRight[indexRight]);
            indexRight++;
        }
    }
    return result;
}

如果我必须手动完成，我会这么做。 =)

Answer 3

您真的确定您的代码完全有效吗？未经测试，我看到以下内容：

...
else if (sLeft.Count > 1 && sRight.Count == 0)  //<-- sRight is empty
{
    for (int i=0; i<sLeft.Count; i++)
    {
        if (sRight[0] <= sLeft[i]) //<-- IndexError?
        {
            sLeft.Insert(i, sRight[0]);
            return sLeft;
        }
    }
    sLeft.Add(sRight[0]);
    return sLeft;
}
...

Answer 4

作为起点，我将删除当两个列表中的任何一个具有 Count == 1 时的特殊情况 - 它们可以由您更通用（当前递归）的情况来处理。

if (sLeft.Count > 1 && sRight.Count == 0) 将永远为真，因为您已经检查了 sRight.Count == 0 在开始 - 所以这个代码永远不会被到达并且是多余的。

最后，我不会在您的 else 中执行类似的操作（实际上，这个可以替换您的整个方法）：（

List<int> list = new List<int>();

while (sLeft.Count > 0 && sRight.Count > 0)
{
    if (sLeft[0] <= sRight[0])
    {
        list.Add(sLeft[0]);
        sLeft.RemoveAt(0);
    }
    else
    {
        list.Add(sRight[0]);
        sRight.RemoveAt(0);
    }
}

// one of these two is already empty; the other is in sorted order...
list.AddRange(sLeft);
list.AddRange(sRight);
return list;

理想情况下，我会重构它以对每个列表使用整数索引，而不是使用 .RemoveAt，因为循环列表比销毁列表性能更高，并且因为不过，保持原始列表不变可能会很有用，但这仍然是比原始代码更有效的代码！）

Answer 5

您也要求不同的方法。根据使用情况，我可能会按照下面的方式进行操作。下面的代码是惰性的，因此它不会立即对整个列表进行排序，而是仅在请求元素时才进行排序。

class MergeEnumerable<T> : IEnumerable<T>
    {
        public IEnumerator<T> GetEnumerator()
        {
            var left = _left.GetEnumerator();
            var right = _right.GetEnumerator();
            var leftHasSome = left.MoveNext();
            var rightHasSome = right.MoveNext();
            while (leftHasSome || rightHasSome)
            {
                if (leftHasSome && rightHasSome)
                {
                  if(_comparer.Compare(left.Current,right.Current) < 0)
                  {
                    yield return returner(left);
                  } else {
                    yield return returner(right);
                  }
                }
                else if (rightHasSome)
                {
                    returner(right);
                }
                else
                {
                    returner(left);
                }
            }
        }

        private T returner(IEnumerator<T> enumerator)
        {
            var current = enumerator.Current;
            enumerator.MoveNext();
            return current;
        }

        System.Collections.IEnumerator System.Collections.IEnumerable.GetEnumerator()
        {
            return ((IEnumerable<T>)this).GetEnumerator();
        }

        private IEnumerable<T> _left;
        private IEnumerable<T> _right;
        private IComparer<T> _comparer;

        MergeEnumerable(IEnumerable<T> left, IEnumerable<T> right, IComparer<T> comparer)
        {
            _left = left;
            _right = right;
            _comparer = comparer;
        }
    }

编辑：这与 Sergey Osypchuk 的实现基本相同，他从开始到结束都只考虑排序最快，但由于预先对整个列表进行排序，延迟也会更高。因此，正如我所说，根据使用情况，我可能会采用这种方法，另一种方法是类似于 Sergey Osypchuk 的方法

Answer 6

通常你可以使用堆栈而不是使用递归

Answer 7

合并列表（理论上，输入列表是预先排序的）排序可以通过以下方式实现：

List<int> MergeSorting(List<int> a, List<int> b)
    {
        int apos = 0;
        int bpos = 0;
        List<int> result = new List<int>();
        while (apos < a.Count && bpos < b.Count)
        {
            int avalue = int.MaxValue;
            int bvalue = int.MaxValue;
            if (apos < a.Count)
                avalue = a[apos];
            if (bpos < b.Count)
                bvalue = b[bpos];
            if (avalue < bvalue)
            {
                result.Add(avalue);
                apos++;
            }
            else
            {
                result.Add(bvalue);
                bpos++;
            }
        }
        return result;
    }

如果您从未排序的列表开始，您需要按排序的子序列拆分它，然后使用上面的函数对它们进行合并

Answer 8

我从不使用递归进行合并排序。您可以对输入进行迭代传递，利用每次合并传递时排序块大小加倍的事实。跟踪每个输入列表中的块大小和已处理的项目数；当它们相等时，列表就用完了。当两个列表都用完后，您可以继续处理下一对块。当块大小大于或等于您的输入大小时，您就完成了。

编辑：由于我的误解，我之前留下的一些信息是不正确的 - C# 中的列表类似于数组而不是链接列表。我很抱歉。