Python中的遞歸合並排序和堆棧框架

Question

以下代碼（不是我的代碼，只是研究它）在list_原始列表（即list_ ）和合並例程之間（正確）反彈。 堆棧幀的流程（即，即使如何使用Python Tutor觀看，也不清楚它們如何以及為什么返回它們的方式，這是我在下面的內容）。 有關代碼返回方式和程序遵循問題的說明。

def merge(left, right):
    if not len(left) or not len(right):
        return left or right

    result = []
    i, j = 0, 0
    while (len(result) < len(left) + len(right)):
        if left[i] < right[j]:
            result.append(left[i])
            i+= 1
        else:
            result.append(right[j])
            j+= 1
        if i == len(left) or j == len(right):
            result.extend(left[i:] or right[j:])
            break 

    return result

def mergesort(list_):
    if len(list_) < 2:
        return list_

    middle = len(list_)//2
    left = mergesort(list_[:middle])
    right = mergesort(list_[middle:])

    return merge(left, right)


list_ = [7,5,2,1,3]

print(mergesort(list_))

left的第一個遞歸調用是left （我們要對列表的左半部分進行排序，然后對左半部分的左半部分進行排序，依此類推，直到我們得到一個大小為1的列表並擊中基本情況）。 這很好。 我們從[7,5,2,1,3]轉到[7,5]到[7]，然后打了基礎案例。 到現在為止還挺好。 我希望堆棧幀開始返回，但這不是真的。 我認為它返回了7，但隨后我們跳到下一組對right的遞歸調用。 5重新出現。 5出現在堆棧框架中緊接7之前，因此情況以相反的順序返回（很好）。 新參數將5分割開，並創建一個列表，從而設置基本情況並返回5。

這是很奇怪的地方：程序進入合並步驟，這是正確的。 它是如何“知道”，進一步跳過遞歸的right或left （我給它一個完整的列表，其中大部分是不變），並跳轉到合並嗎？ 而且，它如何知道在沒有顯式指令的情況下從合並返回到mergesort函數，並確切地知道在哪里提取？ 誰能對此有所啟發？ 傳統算法文本和大多數視頻都沒有幫助，因為它們不能解決堆棧幀。

Answer 1

我認為您的困惑與不了解每個堆棧框架都有自己的執行點有關。 每次調用函數時，框架的執行都會暫停，並為該函數調用創建一個新的框架。 返回時，上一幀從上次停止處開始拾取。 沒有中央位置可以“知道”下一步應該去的代碼，每個級別都自行處理。

在您描述的示例場景中，對[7, 5] mergesort [7, 5]的mergesort調用首先將列表分成[7]和[5] ，然后依次遞歸以分別獲得left和right 。 當這些遞歸調用中的第二個返回時，它繼續進行到代碼的下一部分，即merge調用，這僅僅是因為這就是代碼的下一部分。

您可以在這里很清楚地看到邏輯：

left = mergesort(list_[:middle])
right = mergesort(list_[middle:])

return merge(left, right)

這告訴您，在此運行中（以及所有不影響基本情況的運行），它將遞歸兩次，然后merge 。