3. Методи сортування великих масивів даних

Сортування – це процес розташування елементів в певному порядку. Елементи розташовуються так, щоб, по-перше, обчислення, що вимагають певного порядку розташування даних, могли виконуватися ефективно, по-друге, результати мали осмислений вигляд, і по-третє, наступні процеси мали б прийнятні вхідні дані. Для людини, як правило, порядок даних досить важливий, оскільки дозволяє помітити вирішальні властивості. Крім того, сучасна апаратура працює найбільш ефективно при впорядкованих даних.

Традиційно методи сортування поділяють на внутрішні та зовнішні. Внутрішні методи – це такі методи, які можуть застосовуватись з прийнятною продуктивністю лише до тих списків даних, що повністю поміщаються в основній пам’яті процесора. Зовнішні методи прийнятні для файлів даних, занадто великих для основної пам’яті, і тому вони повинні розташовуватись на пристроях зовнішньої пам’яті.

До основних методів внутрішнього сортування відносяться:

• лінійний вибір;

• лінійний вибір з обміном;

• лінійний вибір з підрахунком;

• попарний обмін;

• стандартний обмін;

• просіювання;

• лінійна вставка.

Ці методи застосовуються для сортування невеликих масивів даних.

У таблиці наведена порівняльна характеристика семи основних методів сортування.

Метод сортування	Кількість порівнянь (мінімальна, очікувана, максимальна)	Кількість переміщень або обмінів (мінімальна, очікувана, максимальна)
Лінійна вибір	N2, N2, N2	N переміщень
Лінійний вибір з обміном	N2/2, N2/2, N2/2	N обмінів
Лінійний вибір з підрахунком	N2/2, N2/2, N2/2д	N переміщень
Парний обмін	N, N2/2- (N/2) , N2/2	0, N2/4, N2/2 обмінів
Стандартний обмін	N, N2/2-3N/4, N2/2	0, N2/4, N2/2 обмінів
Просіювання	N, N+ N2/4, N2/2	0, N2/4, N2/2 обмінів
Лінійна вставка	N, N2/4, N2/2	0, N2/4, N2/2 переміщень

Серед паралельних методів сортування метод попарного обміну вважається одним з таких, які забезпечують максимально можливий паралелізм обробки даних. Даний метод базується на послідовності попарних переглядів, в яких елемент порівнюється зі своїм найближчим сусідом, а можливими переміщеннями є переміщення більшого за значенням елемента на одну позицію вниз і переміщення меншого за значенням на одну позицію вгору. Причому при непарних переглядах кожний елемент непарної (2k-1)-ї позиції порівнюється зі своїм сусідом парної 2k-ї позиції і більший з них займає парну 2k-ту позицію, причому k=1,2,...,]n/2[, де ]n/2[ - ціла частина числа n/2, n - кількість елементів масиву. При парних переглядах кожен елемент парної 2k-ї позиції порівнюється із сусіднім елементом непарної (2k+1)-ї позиції і більший з них займає непарну (2k+1)-у позицію. Сортування закінчується тоді, коли під час двох послідовних переглядів не відбудеться обміну елементів в жодній парі.

Аналіз попарного обміну показує, що ступінь паралелізму даного методу визначається величиною ]n/2[, тобто кількістю схем порівняння, які працюють паралельно при кожному перегляді. Отже, метод попарного обміну є одним із ефективних методів сортування, які використовуються для паралельних обчислювачів. Крім того, даний метод передбачає виконання простого сортування, оскільки в процесі сортування використовується один і той самий метод, який не залежить від структури даних.

Білет №21

1. Багатоелементні твердотілі приймачі випромінювання

Приймачі випромінювання служать для перетворення оптичного сигналу в електричний. В системах технічного зору (СТЗ) використовуються переважно селективні фотоелектричні приймачі. Розглянемо основні параметри приймачів.

Чутливість фотоприймача – це відношення зміни вихідного сигналу, що викликаний падаючим випромінюванням, до кількісної характеристики цього випромінювання. Розрізняють інтегральну, монохроматичну, струмову S_I=I_c/Ф_е, вольтову S_U=U_c/Ф_е, статичну та диференціальну чутливості.

де I_c , U_c – приріст вихідного сигналу (струму, напруги), які віднесені до приросту потоку, що падає на приймач випромінювання.

Поріг чутливості фотоприймача визначається середнім квадратичним значенням першої гармоніки падаючого на фотоприймач модульованого потоку випромінювання з заданим спектральним розподіленням, при якому середнє квадратичне значення першої гармоніки вихідної напруги (струму) рівне середньому квадратичному значенню напруги (струму )шуму в заданій смузі на частоті модуляції потоку випромінювання: Ф_п= або Ф_п= . Це значення зазвичай приводиться в смузі пропускання частот в 1Гц.

Для порівняння приймачів, що різняться площею А чутливого елемента та смугою пропускання частот , використовується питомий поріг чутливості Ф_П^* та питома виявляльна спроможність D^*: Ф_П^*= .

Порівняльна характеристика найбільш розповсюджених в СТЗ роботів приймачів випромінювання подана в таблиці.

Критерій порівняння	Фотоелементи та фото помножувачі	Фоторезистори	Фотодіоди	Фототранзистори	Болометри
Ширина спектрального робочого діапазону	–	+	–	–	+
Чутливість	+ +	+	+	+ +	+
Порогова чутливість	+ +	+	+	–	+
Швидкодія	+ +	+ –	+	+ –	+ –
Простота схеми включення та живлення	–	+	+	+	+ –
Можливість отримання великих чутливих площадок	+	+	+ –	–	+ –
Стабільність параметрів по часу та при зміні зовнішніх умов	+	–	+	+ –	+
Стійкість до шкідливих зовнішіх впливів (механічних, кліматичних та інш.)	+ –	+ –	+	+	+
Габаритні розміри	–	+	+	+	+
Вартість	–	+ +	+	+ –	+ –
Можливість створення багатоелементних та інших конструкцій, що дозволяють проводити попередній аналіз та обробку зображень	–	+ –	+ +	+ +	+ –