مرتب‌سازی ادغامی
مرتب‌سازی ادغام یک الگوریتم مرتب‌سازی تطبیقی با زمان اجرای formula_1 می‌باشد. در اکثر پیاده‌سازی‌ها این الگوریتم پایدار می‌باشد. بدین معنی که این الگوریتم ترتیب ورودی‌های مساوی را در خروجی مرتب شده حفظ می‌کند. این یک مثال از الگوریتم تقسیم و تسخیر می‌باشد. این الگوریتم در سال ۱۹۴۵ توسط جان فون نویمان اختراع شده‌است.
این روش تقریباً به صورت درختی عمل می‌کند و در واقع روش استفاده شده در آن روش تقسیم و حل است. الگوریتم آن در چند عمل زیر خلاصه می‌شود:
از نظر مفهومی یک الگوریتم مرتب‌سازی ادغام بدین صورت کار می‌کند:
مرتب‌سازی ادغام ۲ تا ایدهٔ اصلی را با هم ترکیب می‌کند تا زمان اجرایش تقویت شود.
این الگوریتم بازگشتی‌ست
مجموعه میانگین و بدترین حالت دارای زمان اجرای formula_2 می‌باشد. اگر زمان اجرای مرتب‌سازی ادغام برای یک لیست به طولformula_3 باشد بنابراین رابطهٔ بازگشتی formula_4از تعریف الگوریتم پیروی می‌کند. در این الگوریتم هر دفعه لیست را به دو زیرلیست تقسیم می‌کنیم و در هر مرحله n تا گام برای ادغام کردن لازم می‌باشد.
این شکل از رابطه، از قضیه اصلی واکاوی الگوریتم‌ها پیروی می‌کند. در بدترین حالت این الگوریتم تقریباً ("n" ⌈lg "n"⌉ - ۲ + ۱) مقایسه دارد که بین ((nlgn+n+O(n) و (nlgn-n+۱) می‌باشد. برای n بزرگ و یک لیست که به صورت تصادفی مرتب شده‌است یعنی ممکن است به هر ترتیبی باشد تعداد مقایسه مورد انتظار mergsort بهαn کمتر از بدترین حالت می‌رسد که α از رابطهٔ روبرو بدست می‌آید: formula_5
در بدترین حالت تعداد مقایسه‌های مرتب‌سازی ادغام حدود ۰/۳۹ کمتر از مرتب‌سازی سریع در حالت متوسط می‌باشد. مرتب‌سازی ادغام همیشه تعداد مقایسه‌های کمتری را نسبت به مرتب‌ساز سریع احتیاج دارد، به جز در حالتی که تمام عناصر ورودی برابر باشند جایی که بدترین حالت مرتب‌سازی ادغام همراه با بهترین حالت مرتب‌سازی سریع پیدا می‌شود. پیچیدگی مرتب‌سازی ادغام در بدترین حالت از (O(nlgn می‌باشد که با بهترین حالت مرتب‌سازی سریع برابر می‌باشد اما در بهترین حالت تعداد مقایسه‌ها نصف تعداد مقایسه‌ها در بدترین حالت می‌باشد. در پیاده‌سازی بازگشتی مرتب‌سازی ادغام در بدترین حالت ۲n-۱ بار تابع مرتب‌سازی ادغام صدا زده می‌شود در حالی که در مرتب‌سازی سریع تابع مورد نیاز n بار صدا زده می‌شود. پیاده‌سازی غیر بازگشتی مرتب‌سازی ادغام از هزینهٔ سربار فراخوان تابع جلوگیری می‌کند که این کار سخت نمی‌باشد پیاده‌سازی رایج مرتب‌سازی ادغام به صورت درجا می‌باشد بنابراین سایز حافظه ورودی باید برای خروجی مرتب شده تخصیص داده شود. مرتب‌سازی درجا ممکن می‌باشد اما بسیار پیچیده‌است و در عمل از کارایی کمتری برخوردار می‌باشد حتی اگر در زمان nlgn اجرا شود. در این مواقع الگوریتم‌هایی شبیه مرتب‌سازی هرمی با سرعت قابل مقایسه پیشنهاد می‌شود که ازپیچیدگی کمتری برخوردار می‌باشد. برخلاف ادغام استاندارد ادغام درجا پایدار نیست.
۱- پیچیدگی زمانی اجرای الگوریتم در تمامی حالات (Ө(n log n است. چرا که این الگوریتم تحت هر شرایطی آرایه را به دو قسمت کرده و مرتب‌سازی را انجام می‌دهد.
۲- پیچیدگی حافظه مصرفی بستگی به روش پیاده‌سازی مرحله ادغام دارد، که تا (O(n افزایش می‌یابد. پیاده‌سازی درجای این الگوریتم حافظه مصرفی مرتبه (Ө(۱ دارد. اما اجرای آن در بدترین حالت زمانبر است.
۳- الگوریتم مرتب‌سازی ادغامی با پیاده‌سازی فوق یک روش پایدار است. چنین الگوریتمی ترتیب عناصر با مقدار یکسان را پس از مرتب‌سازی حفظ می‌کند.
اگر چه مرتب‌سازی هرمی زمان اجرای مرتب‌سازی ادغام را دارد و فضای معین (Θ(۱ را در مقابل مرتب‌سازی ادغام که به فضای (Θ(nرا نیاز دارد دارا می‌باشد و آن در اغلب پیاده‌سازی‌های خاص سریع تر است و هم چنین اگر چه مرتب‌سازی سریع از نظر خیلی‌ها سریع‌ترین الگوریتم همه منظوره در نظر گرفته می‌شود اما در نگاه کلی مرتب‌سازی ادغام پایدار است و بهتر به صورت موازی جفت می‌کندو هم چنین در اداره کردن دستیابی به میانه‌های پشت سرهم کاراتر است.mergsort اغلب بهترین انتخاب برای مرتب کردن یک لیست پیوندی (Linked-List) می‌باشد در این موقعیت آسان است که مرتب‌سازی ادغام را به گونه‌ای پیاده‌سازی کنیم که آن فقط به فضای اضافه‌ای به اندازهٔ (Θ(۱ نیاز داشته باشد. کارایی دستیابی تصادفی یک لیست پیوندی باعث می‌شود تا بعضی از الگوریتم‌ها مانند مرتب‌سازی سریع ضعیف عمل کنند یا بعضی‌ها مانند مرتب‌سازی هرمی غیرممکن شود.
در یک شبه کد ساده الگوریتم به شکل زیر می‌باشد: function merge_sort(m)
function merge(left, right) { اگر بخواهیم زمان اجرا را به صورت درختی محاسبه کنیم در زیر خواهیم داشت: T(n) = T( n/2 ) + T( n/2 ) + θ(n که برای سادگی: T(n) = 2T (n/2) + θ(n
void mergeSort(int numbers[], int temp[], int array_size)
void m_sort(int numbers[], int temp[], int left, int right)
void merge(int numbers[], int temp[], int left, int mid, int right)void mergesort(int, int a[]); int main()
void mergesort(int n, int a[])
Procedure Merg(idxLow, idxMid, idxHigh: Integer); Var Begin
End;
Procedure MSort(Low_IDX, High_IDX: Integer); Var Begin
End;