题目描述：随机生成一个包含4000个整数的数组，将其按升序排列。在MPI并行环境中使用归并排序算法实现排序，每个进程负责排序一个子数组，然后将所有子数组合并为一个排序数组并输出。 输入：包含4000个整数的数组A。 输出：排序后的数组A。 算法：八进程，归并排序。 解题提示： 将数组A分成p个相等的子数组，其中p为MPI进程数量。 每个MPI进程读取自己负责的子数组A_i。 每个进程对自己的子数组A_i进行排序。 对于每个进程i，将其负责的子数组发送给进程i+1。 进程0从进程p-1接收其负责的子数组，并将所有子数组归并为一个排序数组。 所有MPI进程等待，直到所有进程都完成排序和子数组发送。 将排序后的数组写回主进程，并输出排序后的结果A到文本文件中。Fprintf语句 使用MPI的计时语句对程序的运行时间进行计时，并输出程序运行所用时间。请写出代码

以下是基于C语言和MPI实现的归并排序代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <mpi.h>

#define N 4000

void merge(int arr[], int l, int m, int r) {
    int i, j, k;
    int n1 = m - l + 1;
    int n2 = r - m;
    int L[n1], R[n2];
    for (i = 0; i < n1; i++)
        L[i] = arr[l + i];
    for (j = 0; j < n2; j++)
        R[j] = arr[m + 1 + j];
    i = 0;
    j = 0;
    k = l;
    while (i < n1 && j < n2) {
        if (L[i] <= R[j]) {
            arr[k] = L[i];
            i++;
        }
        else {
            arr[k] = R[j];
            j++;
        }
        k++;
    }
    while (i < n1) {
        arr[k] = L[i];
        i++;
        k++;
    }
    while (j < n2) {
        arr[k] = R[j];
        j++;
        k++;
    }
}

void mergeSort(int arr[], int l, int r) {
    if (l < r) {
        int m = l + (r - l) / 2;
        mergeSort(arr, l, m);
        mergeSort(arr, m + 1, r);
        merge(arr, l, m, r);
    }
}

int main(int argc, char** argv) {
    int rank, size, i, j, k;
    int part_size = N / 8;
    int arr[N], sub_arr[part_size];
    MPI_Init(&argc, &argv);
    MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);
    MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &size);
    double start, end;
    if (rank == 0) {
        start = MPI_Wtime();
        for (i = 0; i < N; i++)
            arr[i] = rand() % 1000;
    }
    MPI_Scatter(arr, part_size, MPI_INT, sub_arr, part_size, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD);
    mergeSort(sub_arr, 0, part_size - 1);
    for (i = 1; i < size; i++) {
        if (rank == i) {
            MPI_Send(sub_arr, part_size, MPI_INT, i - 1, 0, MPI_COMM_WORLD);
        }
        else if (rank == i - 1) {
            MPI_Recv(&arr[i * part_size], part_size, MPI_INT, i, 0, MPI_COMM_WORLD, MPI_STATUS_IGNORE);
        }
    }
    if (rank == 0) {
        for (i = 1; i < size; i++) {
            MPI_Send(&arr[i * part_size], part_size, MPI_INT, i, 0, MPI_COMM_WORLD);
        }
    }
    MPI_Barrier(MPI_COMM_WORLD);
    MPI_Gather(sub_arr, part_size, MPI_INT, arr, part_size, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD);
    if (rank == 0) {
        end = MPI_Wtime();
        printf("Time elapsed: %f\n", end - start);
        FILE *fp;
        fp = fopen("sorted_array.txt", "w");
        for (i = 0; i < N; i++)
            fprintf(fp, "%d ", arr[i]);
        fclose(fp);
    }
    MPI_Finalize();
    return 0;
}

在这个代码中，我们使用了MPI库来实现并行化的归并排序。我们首先将数组划分为8个子数组，每个进程负责一个子数组。然后，我们在每个进程中使用mergeSort函数来对子数组进行排序。在排序完成后，我们使用MPI_Send和MPI_Recv函数来将子数组发送到相邻的进程中。在最后一轮迭代中，进程0将所有子数组收集到一个数组中，并将其写入到一个文本文件中。

注意，我们在程序中使用了MPI_Barrier来确保所有进程都完成了排序和子数组发送。我们还使用MPI_Wtime函数来计算程序的运行时间。

希望这个代码可以帮助您完成题目要求。