4875

Алгоритмы сортировки в массивах. Сортировка методом пузырька, вставками, выбором. Сортировка Шелла

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Алгоритмы сортировки в массивах. Сортировка методом пузырька, вставками, выбором. Сортировка Шелла. Под сортировкой будем понимать упорядочивание элементов в соответствии с некоторым выбранным правилом. В качестве правила упорядочивания может служить...

Русский

2012-11-28

40 KB

41 чел.

Алгоритмы сортировки в массивах. Сортировка методом «пузырька», вставками, выбором. Сортировка Шелла.

Под сортировкой будем понимать упорядочивание элементов в соответствии с некоторым выбранным правилом. В качестве правила упорядочивания может служить любой предикат, т.е. функция, ставящая в соответствие паре элементов значение true или false как признак соответствия расположения элементов этому правилу. В простейшем случае, когда элементами массива являются числа, роль предиката сортировки могут играть обычные операторы сравнения >, <, >=, <=.

В качестве простейшего алгоритма сортировки рассмотрим широко известную «пузырьковую» сортировку (сортировка простым обменом). Суть алгоритма заключается в последовательном проходе по массиву и сравнением каждой пары соседних элементов с переупорядочиванием этой пары в случае нарушения порядка. Нетрудно заметить, что при каждом таком полном проходе «наибольший» из неупорядоченных элементов окажется на соответствующем месте в конце последовательности, т.е. как бы «всплывет» (как пузырёк воздуха в воде) и встанет на свое место, отсюда и название алгоритма. Такие проходы по массиву повторяются до тех пор, пока не окажется, что за весь проход ни одна пара соседних элементов не поменялась местами – это будет означать, что все элемент в массиве расположены в правильном порядке. В худшем случае придется выполнить N проходов, что приводит к оценке сложности алгоритма в O(N*N) операций.

Другой простой алгоритм сортировки – сортировка вставками. Массив логически разбивается на уже упорядоченную и ещё неупорядоченную части. В начале работы упорядоченная часть пуста, а неупорядоченная совпадает со всем массивом.  На каждом шаге алгоритма выбирается один из элементов в неупорядоченной части (обычно первый по порядку) и вставляется на соответствующее место в упорядоченную часть. Процесс продолжается, пока в неупорядоченная часть не опустеет.

void insertSort( double * A, int N )

{

 // i - 1 определяет границу между упорядоченной

 // и неупорядоченной частями, поэтому начинаем сразу со второго

 // по счету элемента

 for ( int i = 1; i < N; ++i )

 {

 // Выбираем и запоминаем очередной элемент

 double selected = A[i];

 // j + 1 - индекс подходящего места в упорядоченной части

 int j = i - 1;

 // Определяем подходящее место одновременно со сдвигом

 // соответствующих элементов в упорядоченной части

 while ( j >= 0 && A[j] > selected )

 {

  A[ j + 1 ] = A[j];

  --j;

 }

 // Размещаем элемент на новом месте

 A[ j + 1 ] = selected;

}

}

Алгоритм сортировки выбором предполагает поиск (выбор) минимального из элементов неотсортированной части массива и обмен этого значения с первым элементом в этой части. После каждого такого обмена отсортированная часть увеличивается, а неотсортированная – уменьшается. Процесс заканчивается, когда неотсортированная часть массива становится пустой.

void selectSort( double * A, int N )

{

 // Индекс i соответствует границе между упорядоченной

 // и неупорядоченной частями

 for ( int i = 0; i < N; ++i )

{

 // Индекс минимального элемента

 int minIdx = i;

 // Ищем минимальный элемент в неупорядоченной части

 for ( int j = i + 1; j < N; ++j )

 {

  if ( A[j] < A[minIdx] )

   minIdx = j;

 }

 // Обмениваем местами минимальный элемент и первый

 // в неупорядоченной части

 double tmp = A[i];

 A[i] = A[minIdx];

 A[minIdx] = tmp;

 }

}

Сортировка Шелла предполагает модификацию алгоритма вставками, призванную уменьшить суммарное количество перестановок. Основная идея состоит в многопроходной сортировке исходной последовательности простым алгоритмом вставок, причем на каждом этапе сортируются все подпоследовательности в исходном массиве, образованные элементами, расположенными друг от друга на фиксированном расстоянии. Каждый последующий этап использует меньший шаг, завершается сортировка Шелла проходом с шагом 1. Несмотря на то, что фактически, последним этапом алгоритма является обычная сортировка вставками, существенный выигрыш достигается за счет того, что на первых, «грубых» этапах сортировки, некоторые элементы оказываются близко к своим окончательным местам за гораздо меньшее количество операций. В качестве последовательности расстояний между элементами, используемых на каждом проходе, чаще всего используют степени двойки: 2k, 2k-1,…, 4, 2, 1.

void shellSort( double * A, int N )

{

 // Определяем максимальную степень 2, не превышающую N

 int maxpow2 = std::log( static_cast< double >( N ) ) /

       std::log( 2.0 );

 // Определяем начальный шаг сортировки

 int step = std::pow( 2.0, maxpow2 );

 while ( step > 0 )

{

 // Сортировка вставками всех

 // подпоследовательностей с шагом step  

 for ( int i = step; i < N; ++i )

 {

  double selected = A[i];

  int j = i - step;

  while ( j >=0 && A[j] > selected )

  {

   A[ j + step ] = A[j];

   j -= step;

  }

  A[ j + step ] = selected;

 }

 // Уменьшаем шаг

 step /= 2;

}

}


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

56184. Справочник юного натуралиста 977.5 KB
  Сельским жителям лесостепных районов УССР известна эта небольшая серая птица с коричневой подковкой на груди. Дятел Дятлы тоже принадлежат к лазающим птицам в полном смысле этого слова и при лазанье по коре деревьев очень ловко умеет пользоваться парным расположением своих пальцев.
56185. ЧЕЛОВЕК И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА 190.5 KB
  Развивать интуицию память речь умение логически мыслить делать выводы. Вечное как мир: с чего начинается Родина маминой песни родительского дома или рисунка букваре Изменения Положительные Отрицательные Воды Почвы Население Атмосфера...
56186. The Structure and Functions of British Parliament 103.5 KB
  The British Parliament works in a large building called the Palace of Westminster (popularly known as the Houses of Parliament). This contains offices, committee rooms, restaurants, bars, libraries and even some places of residence.
56188. «ЛЮБИ И ЗНАЙ СВОЙ КРАЙ». ВОЗНИКНОВЕНИЕ СТАНИЦЫ ЛУГАНСКОЙ в 1688 г 47.5 KB
  Цель урока: дать учащимся общее представление о возникновении Станицы Более подробно познакомить с историей возникновения Станицы Луганской сформировать умения и навыки анализировать обобщать исторический материал...
56189. Тривалість життя 48.5 KB
  Виховна: виховувати повагу до людей похилого віку цінувати життя дбайливо ставитись до власного здоровя ести здоровий образ життя. Тип уроку: комбінований Обладнання: Макет Дерево життя Стікери у формі квітів та плодів...
56190. «Жага на світі жити…» Життя і творчість Михайла Старицького. Багатогранність діяльності. Розв’язування рівнянь та нерівностей різного типу 245.5 KB
  Мета: ознайомити учнів із життєвим та творчим шляхом письменника розкрити багатогранність його спадщини; узагальнити відомості про функції рівняння та нерівності...
56191. ВЕСЕЛІ СТАРТИ 205.5 KB
  Мета: Розвивати фізичні задатки дітей, створювати фізіологічну і психологічну комфортність внутрішнього стану; виховувати почуття взаємодопомоги, товариськості, співпереживання, колективізму.
56192. Будова жіночої та чоловічої статевих систем 62.5 KB
  Основні поняття і терміни: гормони матка прогестерон сімяні міхурці передміхурова залоза куперова залоза яєчко яєчники тестостерон маткова труба естроген. Чоловічі статеві органи складаються з: внутрішніх статевих органів яєчок із придатками...