การเปิดเผย QuickSort: อัลกอริธึมการเรียงลำดับที่รวดเร็วและหลากหลาย

การแนะนำ

อัลกอริธึมการเรียงลำดับเป็นส่วนสำคัญของวิทยาการคอมพิวเตอร์ สิ่งเหล่านี้จำเป็นสำหรับการจัดระเบียบข้อมูลเพื่อให้สามารถเข้าถึงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในบรรดาอัลกอริธึมการเรียงลำดับหลายๆ อัลกอริธึม QuickSort มีความโดดเด่นในฐานะหนึ่งในอัลกอริธึมที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด โดยเฉพาะชุดข้อมูลขนาดใหญ่ ในบทความนี้ เราจะเจาะลึกอัลกอริทึม QuickSort ทำความเข้าใจการทำงานภายใน การใช้งานใน Python และแอปพลิเคชันในโลกแห่งความเป็นจริง

ทำความเข้าใจกับ QuickSort

QuickSort ขึ้นอยู่กับกลยุทธ์การแบ่งแยกและพิชิต ซึ่งเป็นวิธีการที่แบ่งปัญหาออกเป็นปัญหาย่อยที่เล็กลง แก้ปัญหาแต่ละอย่างแยกจากกัน และรวมวิธีแก้ปัญหาเข้าด้วยกันเพื่อแก้ไขปัญหาเดิม QuickSort ทำงานอย่างไร:

1. การเลือกองค์ประกอบ Pivot: ขั้นตอนแรกในอัลกอริทึม QuickSort คือการเลือกองค์ประกอบ Pivot จากอาร์เรย์ นี่อาจเป็นองค์ประกอบใดก็ได้จากอาร์เรย์
2. การแบ่งพาร์ติชัน: อาร์เรย์จะถูกแบ่งพาร์ติชันหรือจัดลำดับใหม่เพื่อให้องค์ประกอบทั้งหมดที่น้อยกว่าจุดหมุนมาก่อนจุดหมุน ในขณะที่องค์ประกอบทั้งหมดที่ใหญ่กว่าจุดหมุนจะอยู่หลังจากนั้น หลังจากขั้นตอนนี้ เดือยจะอยู่ในตำแหน่งสุดท้าย
3. การเรียงลำดับแบบเรียกซ้ำ: ขั้นตอนข้างต้นจะใช้แบบเรียกซ้ำกับอาร์เรย์ย่อยขององค์ประกอบที่มีค่าน้อยกว่า และแยกจากอาร์เรย์ย่อยขององค์ประกอบที่มีค่ามากกว่า

ขั้นตอนข้างต้นจะถูกนำไปใช้ซ้ำๆ จนกว่าอาร์เรย์จะถูกจัดเรียงอย่างสมบูรณ์

QuickSort ในหลาม

เพื่อแสดงให้เห็น มาดูกันว่า QuickSort ถูกนำมาใช้ใน Python อย่างไร:

def quick_sort(arr):
    if len(arr) <= 1:
        return arr
    else:
        pivot = arr[len(arr) // 2]
        left = [x for x in arr if x < pivot]
        middle = [x for x in arr if x == pivot]
        right = [x for x in arr if x > pivot]
        return quick_sort(left) + middle + quick_sort(right)

# Test the function
arr = [3,6,8,10,1,2,1]
print(quick_sort(arr))  # Output: [1, 1, 2, 3, 6, 8, 10]

ในโค้ดนี้ เราจะตรวจสอบก่อนว่ารายการได้รับการจัดเรียงแล้วหรือไม่ (เช่น ความยาวรายการคือหนึ่งหรือน้อยกว่า) ถ้าไม่เช่นนั้น เราจะเลือกจุดหมุนเป็นองค์ประกอบที่อยู่ตรงกลางของอาร์เรย์ จากนั้นเราจะสร้างรายการสามรายการ: left สำหรับองค์ประกอบที่น้อยกว่าจุดเปลี่ยนสาระสำคัญ, middle สำหรับองค์ประกอบที่เท่ากับจุดหมุน และ right สำหรับองค์ประกอบที่ใหญ่กว่าจุดเปลี่ยนหลัก สุดท้าย เราจะเรียงลำดับรายการ left และ right ซ้ำๆ และรวมรายการที่เรียงลำดับเหล่านี้เข้ากับ middle เพื่อรับอาร์เรย์ที่เรียงลำดับ

ความซับซ้อนของเวลาและพื้นที่ของ QuickSort

โดยเฉลี่ยแล้ว QuickSort จะทำงานได้อย่างน่าประทับใจโดยมีเวลาซับซ้อนเท่ากับ O(n log n) ทำให้เป็นหนึ่งในอัลกอริธึมการเรียงลำดับที่เร็วที่สุดสำหรับชุดข้อมูลขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่เลวร้ายที่สุด เมื่อจุดหมุนเป็นองค์ประกอบที่เล็กที่สุดหรือใหญ่ที่สุด ความซับซ้อนของเวลาอาจลดลงเป็น O(n²)

QuickSort เป็นอัลกอริธึมการเรียงลำดับแบบแทนที่ ไม่ต้องการพื้นที่จัดเก็บเพิ่มเติมเนื่องจากจะเรียงลำดับองค์ประกอบภายในอาร์เรย์ ดังนั้นความซับซ้อนของพื้นที่คือ O(log n)

การใช้งาน QuickSort ในโลกแห่งความเป็นจริง

QuickSort มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากประสิทธิภาพ แอปพลิเคชัน QuickSort ในโลกแห่งความเป็นจริงบางส่วน ได้แก่:

• ในคอมพิวเตอร์กราฟิก QuickSort ใช้สำหรับการแสดงภาพ
• นอกจากนี้ยังใช้สำหรับการแสดงข้อมูลด้วยภาพ
• ในการคำนวณเชิงตัวเลข QuickSort ใช้สำหรับการเรียงลำดับเมทริกซ์

ห่อ

QuickSort เป็นอัลกอริธึมที่หรูหราผสมผสานความเรียบง่ายเข้ากับประสิทธิภาพ ทำให้กลายเป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการจัดเรียงชุดข้อมูลขนาดใหญ่จำนวนมาก การทำความเข้าใจ QuickSort ไม่เพียงแต่ช่วยให้คุณมีเครื่องมืออื่นในกล่องเครื่องมือการเขียนโปรแกรมของคุณเท่านั้น แต่ยังให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับหลักการของการแบ่งแยกและพิชิต การเรียกซ้ำ และประสิทธิภาพของอัลกอริทึม

ครั้งต่อไปที่คุณประสบปัญหาในการเรียงลำดับ ให้ลองใช้ QuickSort คุณอาจจะประหลาดใจกับประสิทธิภาพของมัน!

ในฐานะโปรแกรมเมอร์ คุณมีประสบการณ์กับ QuickSort อย่างไรบ้าง มีสถานการณ์ที่คุณพบว่าอัลกอริธึมการเรียงลำดับอื่นมีความเหมาะสมมากกว่าหรือไม่ แบ่งปันความคิดของคุณในความคิดเห็นด้านล่าง