병합정렬

들어가기 전에

앞서 배운 정렬 알고리즘은 직관적이지만 실행 시간의 상한이 다소 높았습니다. 반복되는 작업이 많았기 때문인데요, 지난 강의에서 배운 재귀를 활용하면 정렬 알고리즘을 더 효율적으로 만들 수 있을까요?

 

학습 목표

재귀를 활용한 병합 정렬을 구현할 수 있습니다.

 

핵심 단어

• 병합 정렬

병합 정렬

지난 단원에서 다양한 정렬 방법에 대해서 배웠습니다.

하지만 우리가 아직 공부하지 않은 대표적인 정렬 방법이 하나 더 있습니다.

전화번호부의 분할 정복 탐색처럼 데이터를 반으로 나누어간다는 것과 공통점이 있는 방법인 병합 정렬(합병 정렬)이 있습니다.

병합 정렬은 원소가 한 개가 될 때까지 계속해서 반으로 나누다가 다시 합쳐나가며 정렬을 하는 방식입니다.

그리고 이 과정은 재귀적으로 구현되기 때문에 나중에 재귀를 학습하면 더 이해하기 쉽습니다.

마찬가지로 다음 숫자들을 오름차순으로 정렬해 보겠습니다.

 

7 4 5 2 6 3 8 1

 

먼저 숫자들을 반으로 나눕니다.

 

7 4 5 2 | 6 3 8 1

 

그리고 나눠진 부분 중 첫번째를 한번 더 반으로 나눠봅니다.

 

7 4 | 5 2 | 6 3 8 1

 

마지막으로 한 번 더 나눠봅니다.

 

7 | 4 | 5 2 | 6 3 8 1

 

이제 숫자가 두 개 밖에 남지 않았으므로 더 이상 나누지 않고, 두 숫자를 다시 병합합니다.

단, 이 때 작은 숫자가 먼저 오도록 합니다. 4와 7의 순서를 바꿔서 병합하는 것이죠.

 

4 7 | 5 2 | 6 3 8 1

 

마찬가지로 5 2 부분도 반으로 나눈 후에 작은 숫자가 먼저 오도록 다시 병합할 수 있습니다.

 

4 7 | 2 5 | 6 3 8 1

 

그럼 이제 4 7과 2 5 두 개의 부분들을 병합하겠습니다.

각 부분들의 숫자들을 앞에서 부터 순서대로 읽어들여 비교하여 더 작은 숫자를 병합되는 부분에 가져옵니다.

즉, 4와 2를 먼저 비교해서 2를 가져옵니다. 그 후에 4와 5를 비교해서 4를 가져옵니다.

그리고 7과 5를 비교해서 5를 가져오고, 남은 7을 가져옵니다.

 

2 4 5 7 | 6 3 8 1

 

이제 남은 오른쪽 4개의 숫자들도 위와 동일한 과정을 거칩니다. 

 

2 4 5 7 | 1 3 6 8

 

마지막으로 각각 정렬된 왼쪽 4개와 오른쪽 4개의 두 부분을 병합합니다.

2와 1을 비교하고, 1을 가져옵니다. 2와 3을 비교하고, 2를 가져옵니다. 4와 3을 비교하고, 3을 가져옵니다.

4와 6을 비교하고… 이 과정을 병합이 끝날때까지 진행하면 아래와 같이 정렬이 완료됩니다.

 

1 2 3 4 5 6 7 8

 

전체 과정을 요약해서 도식화해보면 아래와 같습니다.

 

7 | 4 | 5 | 2 | 6 | 3 | 8 | 1 → 가장 작은 부분 (숫자 1개)으로 나눠진 결과입니다.

4   7 | 2   5 | 3   6 | 1   8 → 숫자 1개씩을 정렬하여 병합한 결과입니다.

2   4   5   7 | 1   3   6   8 → 숫자 2개씩을 정렬하여 병합한 결과입니다.

1   2   3   4   5   6   7   8 → 마지막으로 숫자 4개씩을 정렬하여 병합한 결과입니다. 

 

이러한 방법을 ‘병합 정렬’ 이라고 합니다.

 

병합 정렬 실행 시간의 상한은 O(n log n) 입니다.

숫자들을 반으로 나누는 데는 O(log n)의 시간이 들고, 각 반으로 나눈 부분들을 다시 정렬해서 병합하는 데 각각 O(n)의 시간이 걸리기 때문입니다.

실행 시간의 하한도 역시 Ω(n log n) 입니다. 숫자들이 이미 정렬되었는지 여부에 관계 없이 나누고 병합하는 과정이 필요하기 때문입니다.

생각해보기

병합 정렬을 선택 정렬이나 버블 정렬과 비교했을 때 장점과 단점은 무엇이 있을까요?

나의 생각: 장점 - 속도가 빠르다.

              단점 - 이미 정렬이 되어있는 부분도 똑같이 실행하기 때문에 비효율적일수도 있다.

참고자료

 

병합정렬(합볍정렬) 학습자료 PDF

 

 

출처 : https://www.boostcourse.org/cs112/lecture/119026?isDesc=false 네이버커넥트재단