範例展示：Java實作歸併排序演算法及效能評估

實例示範：使用Java實作歸併排序演算法並進行效能測試

一、引言
歸併排序（Merge Sort）是一種高效率的排序演算法，在實際開發中被廣泛使用。它採用分治法（Divide and Conquer）的思想，將問題分解為多個較小的子問題，然後將子問題的解合併。本文將透過Java程式碼實作歸併排序演算法，並對其效能進行測試。

二、歸併排序演算法原理
歸併排序的核心思想是分而治之。具體步驟如下：

1. 將待排序的陣列從中間位置分成兩個子陣列。
2. 對這兩個子數組分別進行遞歸排序。
3. 將排序好的子陣列進行合併，得到最終有序的陣列。

三、Java程式碼實作
以下是使用Java語言實作歸併排序演算法的程式碼範例：

public class MergeSort {
    public static void mergeSort(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length <= 1) {
            return;
        }
        int[] temp = new int[arr.length];
        mergeSort(arr, 0, arr.length - 1, temp);
    }

    private static void mergeSort(int[] arr, int left, int right, int[] temp) {
        if (left < right) {
            int mid = (left + right) / 2;
            mergeSort(arr, left, mid, temp);
            mergeSort(arr, mid + 1, right, temp);
            merge(arr, left, mid, right, temp);
        }
    }

    private static void merge(int[] arr, int left, int mid, int right, int[] temp) {
        int i = left;
        int j = mid + 1;
        int k = 0;
        while (i <= mid && j <= right) {
            if (arr[i] <= arr[j]) {
                temp[k++] = arr[i++];
            } else {
                temp[k++] = arr[j++];
            }
        }
        while (i <= mid) {
            temp[k++] = arr[i++];
        }
        while (j <= right) {
            temp[k++] = arr[j++];
        }
        for (i = 0; i < k; i++) {
            arr[left + i] = temp[i];
        }
    }
}

四、效能測試
為了對歸併排序演算法進行效能測試，我們產生一組隨機數組進行排序，並記錄排序所需時間。

import java.util.Arrays;
import java.util.Random;

public class PerformanceTest {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = generateRandomArray(1000000);
        System.out.println("排序前：" + Arrays.toString(arr));
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        MergeSort.mergeSort(arr);
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("排序后：" + Arrays.toString(arr));
        System.out.println("排序耗时：" + (endTime - startTime) + "毫秒");
    }

    private static int[] generateRandomArray(int length) {
        int[] arr = new int[length];
        Random random = new Random();
        for (int i = 0; i < length; i++) {
            arr[i] = random.nextInt(length);
        }
        return arr;
    }
}

以上程式碼中，首先使用generateRandomArray方法產生了一組長度為1000000的隨機整數數組，然後使用MergeSort.mergeSort方法對數組進行排序，並記錄排序所需的時間。最後輸出排序後的陣列和排序耗時。

五、總結
透過上述實例演示，我們透過Java程式碼實作了歸併排序演算法，並對其效能進行了測試。歸併排序演算法是一種高效的排序演算法，在面對大規模資料排序時具有良好的效能。透過分而治之的思想，歸併排序能夠對問題進行有效的分解與求解，從而得到有序的解。

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