ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
МЕТОДЫ СОРТИРОВКИ
1. Основные понятия
Одним из важнейших процедур обработки структурированной информации является сортировка и поиск. Сортировкой называют процесс перегруппировки заданной последовательности (кортежа) объектов в некотором определенном порядке. Определенный порядок (например, упорядочение в алфавитном порядке, по возрастанию или убыванию количественных характеристик, по классам, типам и.т.п.) в последовательности объектов необходимо для удобства работы с этим объектом. В частности, одной из целей сортировки является облегчение последующего поиска элементов в отсортированном множестве. Под поиском подразумевается процесс нахождения в заданном множестве объекта, обладающего свойствами или качествами задаваемого шаблона.
Алгоритм сортировки используется в практически любой программной системе. Целью алгоритмов сортировки является упорядочение последовательности элементов данных. Поиск элемента в последовательности отсортированных данных занимает время, пропорциональное логарифму количеству элементов в последовательности, а поиск элемента в последовательности не отсортированных данных занимает время, пропорциональное количеству элементов в последовательности, то есть намного больше. Существует множество различных методов сортировки данных. Однако любой алгоритм сортировки можно разбить на три основные части:
– сравнение, определяющее упорядоченность пары элементов;
– перестановка, меняющая местами пару элементов;
– собственно сортирующий алгоритм, который осуществляет сравнение и перестановку элементов данных до тех пор, пока все эти элементы не будут упорядочены.
Важнейшей характеристикой любого алгоритма сортировки является скорость ее работы, которая определяется функциональной зависимостью среднего времени сортировки последовательностей элементов данных, заданной длинны, от этой длинны. Время сортировки будет пропорционально количеству сравнений и перестановки элементов данных в процессе их сортировки.
Алгоритмов сортировки довольно много. Рассмотрим ряд простых вариантов.
1.1. Сортировка методом пузырька
Алгоритм пузырьковой сортировки состоит из повторяющихся проходов по сортируемому массиву. За каждый проход элементы последовательно сравниваются попарно и, если порядок в паре неверный, выполняется обмен элементов. Проходы по массиву повторяются N − 1 раз или до тех пор, пока на очередном проходе не окажется, что обмены больше не нужны, что означает — массив отсортирован. При каждом проходе алгоритма по внутреннему циклу, очередной наибольший элемент массива ставится на своё место в конце массива рядом с предыдущим «наибольшим элементом», а наименьший элемент перемещается на одну позицию к началу массива («всплывает» до нужной позиции, как пузырёк в воде. Отсюда и название алгоритма.
Особенность данного алгоритма заключается в следующем: после первого завершения внутреннего цикла максимальный элемент массива всегда находится на N-ой позиции. При втором проходе, следующий по значению максимальный элемент находится на N – 1 месте. И так далее. Таким образом, на каждом следующем проходе число обрабатываемых элементов уменьшается на 1 и нет необходимости «обходить» весь массив от начала до конца каждый раз.
Так как подмассив из одного элемента не нуждается в сортировке, то для сортировки требуется делать не более N − 1 итераций внешнего цикла. Поэтому в некоторых реализациях внешний цикл всегда выполняется ровно N − 1 не отслеживается, были или не были обмены на каждой итерации.
Введение индикатора (флажка F) действительно произошедших во внутреннем цикле обменов уменьшает число лишних проходов в случаях с частично отсортированными массивами на входе. Перед каждым проходом по внутреннему циклу флажок сбрасывается в 0, а после действительно произошедшего обмена устанавливается в 1. Если после выхода из внутреннего цикла флажок равен 0, то обменов не было, то есть массив отсортирован и можно досрочно выйти из программы сортировки.
ЦИКЛ ДЛЯ J=0 ДО N-1
F=0
ЦИКЛ ДЛЯ I=0 ДО N-J-1
ЕСЛИ A[I] > A[I+1]
ТО ОБМЕН A[I],A[I+1] F=1
СЛЕДУЮЩЕЕ I
ЕСЛИ F=0 ТО ВЫХОД ИЗ ЦИКЛА
СЛЕДУЮЩЕЕ J