Время работы алгоритма t примерно оценивается формулой: t=a*N**b
где a и b - неизвестные константы, зависящие от программной реализа-
ции алгоритма.
Вставки в связанный список
Среди общих способов улучшения алгоритма простых вставок можно рассмотреть способ, основанный на изменении структуры данных. Сортировка простыми вставками состоит из двух основных операций:
- просмотра исходного файла со сравнением переменной Х с
элементами K[i] файла;
- вставки нового элемента путем сдвига оставшихся элементов
вправо.
Файл до сих пор рассматривался как линейный список и для выполнения операции вставки в нем необходимо переместить в среднем половину эле-ментов . Известно, что для операций вставки идеально подходитсвязанный список, так как в этом случае вставка требует всего лишь изменения нескольких связей. Операция последовательного просмотра для связанного списка почти так же проста, как и для линейного списка. Поскольку файл всегда просматривается в одном направлении, то достаточно иметь список только с одной связью. С другой стороны связанное распределение делает невозможным бинарный поиск, поэтому приобретая преимущество в выполнении операции вставки, мы теряем по сравнению с бинарным поиском в эффективности операции просмотра и сравнения. Рассмотрим алгоритм простых вставок на связанном вперед списке.
Дан файл в виде связанныого списка, каждый элемент которого содержит кроме ключа K[i] еще и указатель на следующий элемент L[i].
Кроме того есть еще дополнительная переменная L[0], содержащая указатель на последний N-й элемент файла. Указатель L[N] равен нулю, что является признаком конца списка элементов.
Время работы алгоритма t примерно оценивается формулой: t=a*NЅ + b*N
где a,b - неизвестные константы, зависящие от программной реализации алгоритма.
Вставки в несколько связанных списков
Идея метода основывается на предположении, что ключи в исходном файле имеют значения в некотором известном диапазоне MAX и в этом диапазоне они распределены довольно равномерно. Тогда по аналогии с методом вставки в один связанный список можно организовать несколько, например, Q списков. Величина Q зависит от ожидаемого среднего количес-тва элементов M в каждом списке то есть Q=N/M, N - количество ключей.
При разработке программы нужно проанализировать зависимость времени работы метода от параметра М для различных исходных файлов и дать рекомендации по выбору оптимального значения.
Схема алгоритма имеет следующий вид. Через Q обозначено количество списков, массив B[1]...B[Q] служит для хранения указателей на начала отдельных списков. Перед началом работы алгоритма элементы массива В предполагаются равными 0. Каждый i-й элемент исходного файла содержит ключ K[i] и указатель L[i] на следующий элемент списка. Значение L[i]=0 соответствует последнему элементу в списке, указатель B[1] указывает на начало первого подсписка и одновременно на начало всего списка. Через minK обозначено минимальное значение ключа в файле, через М - среднее выбранное значение количества элементов в подсписке. d - номер текущего списка, в который должен быть вставлен элемент K[j]. Величина R=MAX/Q есть диапазон значений ключей, приходящийся на один список.
Обменная сортировка
Название этой группы методов произошло от основного типа операций, используемого в алгоритмах - обмен двух элементов в файле своими значениями. Эта операция используется и в других группах, поэтому классификацию нельзя признать вполне строгой, но данное разделение тем не менее является традиционным. Файл, подлежащий сортировке, в общем случае состоит из элементов-записей, включающих информационную часть и ключи, по которым производится упорядочение по возрастанию.
Поскольку информационная часть почти не влияет на процесс сортировки, будем предполагать, что файлы, используемые в примерах, состот только из элементов-ключей, а информационная часть записи отсутствует.
Метод пузырька
Алгоритм довольно очевиден.
Пары стоящих рядом элементов просматриваются в направлении снизу вверх и сравниваются. Если верхний элемент оказывается меньше нижнего, то они меняются местами. Продолжая этот процесс циклически, мы в конце концов придем к отсортированному файлу.Файл расположен вертикально снизу вверх, чтобы эффект всплывающего пузырька выглядел более наглядно. Элементы с большим значением ключа "всплывают" наверх, после последовательных сравнивнений с соседними элементами.
где a,b - неизвестные константы, зависящие от программной реализа-
Модификация метода пузырька
Модификация метода пузырька состоит в том, что файл можно просматривать как с начала до конца, так и с конца до начала попеременно. Это несколько сокращает число перемещений элементов.
Быстрая сортировка.
Основная стратегия ускорения алгоритмов сортировка - обмены между как можно более дальними элементами исходного файла - в методе быстрой сортировки реализована за счет того, что один из ключей в исходном файле используется для разделения его на два подфайла так, чтобы слева от выбранного элемента находились только элементы с меньшими ключами,а справа - только с большими. Элемент, разделяющий файл, помещается между его двумя подфайлами и процедура выполняется рекурсивно для каждой половины до тех пор, пока в очередном новом подфайле не окажется меньше, чем М элементов, где М - заранее выбранное число.
Сортировка подфайлов, содержащих меньше чем М элементов, выполняется каким-либо простым методом, например простыми вставками. Таким образом, реализация метода зависит от двух параметров: значения М и способа выбора элемента, который предназначен для разделения файла на две части.
Блок выбора Х в простейшем случае формулируется как X=K[l], однако это может привести к крайне неэффективному алгоритму. Наиболее простое лучшее решение - выбирать Х как случайный ключ из диапазона K[l] ... K[r] и обменять его с K[l].
Время работы алгоритма t примерно оценивается формулой:
t=a*N*logN + b*N
Обменная поразрядная сортировка
Данный метод использует двоичное представление ключей. Файл сортируется последовательно по битам двоичного представления ключей,начиная со старшего. Ключи, имеющие значение данного бита, равноенулю, ставятся в левую половину файла, а ключи со значением бита 1 в правую. Функция b(ключ) возвращает значение ьита с номером b аргумента, m -максимальное количество значащих битов в ключах.
Время работы алгоритма t примерно оценивается формулой:t=a*N*logN + b*N
Параллельная сортировка Бэтчера
Для получения алгоритма обменной сортировки, время работы которого меньше, чем NЅ, необходимо выбирать для сравнения и обмена ключи,расположенные возможно дальше друг от друга. Эта идея уже была реализована в алгоритме сортировки Шелла вставок с убывающим шагом, однако в данном алгоритме сравнения выполняются по-другому.
Время работы алгоритма t примерно оценивается формулой:t=a*N*(logN)Ѕ
Сортировка посредством выбора
Идея метода довольно проста: найти наибольший элемент файла и по-ставить его на место N, найти следующий максимум и поставить его на место N-1 и т.д. до 2-го элемента.
Время работы алгоритма t примерно оценивается формулой: t=a*NЅ+b*N* logN
Использование связанного списка для хранения информации о проме-жуточных максимумах.
В алгоритме максимум среди K[1] ... K[j-1] определяется в цикле от j-1 до 1 c целью обеспечить меньшее число обменов в случае равенства ключей и сохранении прежнего порядка равных элементов. Однако, если изменить порядок просмотра элементов на противоположный и изменить структуру данных, введя дополнительные указатели, можно пример-но в два раза сократить число повторений в цикле поиска максисмума. Каждый ключ K[i] снабжается указателем L[i] на элемент, максимальный среди первых i-1 элементов .
Тогда после обмена элементов K[j] и K[m] поиск максимума в следующем цикле по j можно осуществлять среди элементов K[L[m]] ... K[j] при началь-ных значениях X=K[L[m]], m=L[m], т.к. максимум может "обновиться" только за счет элементов, лежащих правее локального максимума. Таким образом среднее количество просматриваемых при поиске максимума элементов со-кращается примерно в два раза.
Время работы алгоритма t примерно оценивается формулой:t=a*NЅ + b*N*logN
Сортировка посредством слияния
Алгоритмы сортировки этого класса основываются на объединении нескольких (часто двух) уже упорядоченнх файлов. Рассмотренные далее алгоритмы выбирают из исходного файла упорядоченные отрезки и объединяют их в более длинные.
Естественное двухпутевое слияние
Этот алгоритм ищет упорядоченные отрезки с двух концов файла ипереписывает их по очереди также в оба конца. Повторяя эту процедуру в цикле, мы приходим к середине файла, что означает окончание сортировки.
Элементы файла пересылаются из одной области в другую, меняя направление пересылки. Для запоминания направления пересылки служит переменная s, принимающая значения TRUE и FALSE попеременно. Другой логический признак f служит сигналом продолжения-окончания алгоритма, если все области слились в конце концов в одну. Переменная d принимает попеременно значения +1 -1 и указывает направление просмотра файла: вперед или назад.Операция <-> обозначает обмен значениями двух переменных. Операция Џ обозначает инверсию логической переменной или выражения.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
