›
›

Bài giảng Cấu trúc dữ liệu và giải thuật (501040) - Chương 8: Sắp thứ tự

pdf 65 trang phuongnguyen 2681
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Cấu trúc dữ liệu và giải thuật (501040) - Chương 8: Sắp thứ tự", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_cau_truc_du_lieu_va_giai_thuat_501040_chuong_8_sap.pdf

Nội dung text: Bài giảng Cấu trúc dữ liệu và giải thuật (501040) - Chương 8: Sắp thứ tự

  1. A C CẤU TRÚC DỮ LIỆU VÀ B F GIẢI THUẬT (501040) D E Chương 8: Sắp thứ tự G K H
  2. Khái niệm Sắp thứ tự: Đầu vào: một danh sách Đầu ra: danh sách có thứ tự tăng (hoặc giảm) trên khóa Phân loại: Sắp thứ tự ngoại (external sort): tập tin Sắp thứ tự nội (internal sort): bộ nhớ Giả thiết: Sắp thứ tự nội Sắp tăng dần 2 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  3. Insertion sort 3 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  4. Insertion sort - Danh sách liên tục 4 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  5. Giải thuật insertion sort – Danh sách liên tục Algorithm Insertion_sort Input: danh sách cần sắp thứ tự Output: danh sách đã được sắp thứ tự 1. for first_unsorted = 1 to size //Tìm vị trí hợp lý để chèn giá trị đang có vào 1.1. current = list[first_unsorted] 1.2. position = first_unsorted 1.3. while (position>0 and list[position - 1] > current) //Dời chỗ các phần tử lớn về sau 1.3.1. list[position] = list[position - 1] 1.3.2. position = position - 1 //Chép phần tử trước đó vào đúng vị trí của nó 1.4. list[position - 1] = current End Insertion_sort 5 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  6. Mã C++ Insertion sort – Danh sách liên tục template void Sortable_list :: insertion_sort( ) { int first_unsorted; // position of first unsorted entry int position; // searches sorted part of list Record current; // holds the entry temporarily removed from list for (first_unsorted = 1; first_unsorted 0 && entry[position − 1] > current); entry[position] = current; } } 6 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  7. Insertion sort – DSLK 7 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  8. Giải thuật Insertion sort - DSLK Algorithm Insertion_sort Input: danh sách cần sắp thứ tự và có ít nhất 1 phần tử Output: danh sách đã được sắp thứ tự 1. last_sorted = head //Đi dọc danh sách liên kết 2. while (last_sorted chưa là phần tử cuối) 2.1. first_unsorted là phần tử kế của last_sorted //Chèn vào đầu? 2.2. if (dữ liệu của first_unsorted < dữ liệu của head) //Chèn vào đầu 2.2.1. Gỡ first_unsorted ra khỏi danh sách 2.2.2. Nối first_unsorted vào đầu danh sách 2.2.3. head = first_unsorted 8 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  9. Giải thuật Insertion sort – DSLK (tt.) 2.3. else //Tìm vị trí hợp lý để chèn giá trị đang có vào 2.3.1. tailing = head 2.3.2. current là phần tử kế của tailing 2.3.3. while (dữ liệu của first_unsorted > dữ liệu của current) 2.3.3.1. Di chuyển tailing và current đến phần tử kế 2.3.4. if (first_unsorted chính là current) 2.3.4.1. last_sorted = current //Đã đúng vị trí rồi 2.3.5. else 2.3.4.1. Gỡ first_unsorted ra khỏi danh sách 2.3.4.2. Nối first_unsorted vào giữa tailing và current 2.4. Di chuyển last_sorted đến phần tử kế End Insertion_sort 9 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  10. Mã C++ Insertion sort - DSLK template void Sortable_list :: insertion_sort( ) { Node *first_unsorted, *last_sorted, *current, *trailing; if (head != NULL) { last_sorted = head; while (last_sorted->next != NULL) { first_unsorted = last sorted->next; if (first_unsorted->entry entry) { last_sorted->next = first_unsorted->next; first_unsorted->next = head; head = first_unsorted; } else { trailing = head; current = trailing->next; while (first_unsorted->entry > current->entry) { trailing = current; current = trailing->next; } 10 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  11. Mã C++ Insertion sort – DSLK (tt.) if (first_unsorted == current) last_sorted = first_unsorted; else { last_sorted->next = first_unsorted->next; first_unsorted->next = current; trailing->next = first_unsorted; } } } } } 11 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  12. Đánh giá Insertion sort Danh sách có thứ tự ngẫu nhiên: So sánh trung bình là n2/4 + O(n) Dời chỗ trung bình là n2/4 + O(n) Danh sách có thứ tự tăng dần: tốt nhất So sánh n-1 lần Dời chỗ 0 lần Danh sách có thứ tự giảm dần: tệ nhất So sánh n2/2 + O(n) lần Dời chỗ n2/2 + O(n) lần 12 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  13. Selection sort 13 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  14. Selection sort – Danh sách liên tục 14 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  15. Giải thuật Selection sort Algorithm Selection_sort Input: danh sách cần sắp thứ tự Output: danh sách đã được sắp thứ tự 1. for position = size − 1 downto 0 //Tìm vị trí phần tử có khóa lớn nhất trong phần chưa sắp thứ tự 1.1. max = 0 //Giả sử phần tử đó ở tại 0 1.2. for current = 1 to position //Xét các phần tử còn lại 1.2.1. if (list[current] > list[max]) //Nếu có phần tử nào lớn hơn 1.2.1.1. max = current //thì giữ lại vị trí đó //Đổi chỗ phần tử này với phần tử đang xét 1.3. temp = list[max] 1.4. list[max] = list[position] 1.5. list[position] = temp End Selection_sort 15 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  16. Mã C++ Selection sort template void Sortable_list :: selection_sort( ) { Record temp; for (int position = count − 1; position > 0; position−−) { int largest = 0; for (int current = 1; current <= position; current++) if (entry[largest] < entry[current]) largest = current; temp = entry[max]; entry[max] = entry[position]; entry[position] = temp; } } 16 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  17. Đánh giá Selection sort Danh sách bất kỳ Số lần so sánh: n(n-1)/2 Số lần dời chỗ: 3n So sánh với insertion sort: 17 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  18. Bubble sort sorted Bước 1 6 4 7 2 3 sorted Bước 2 4 6 2 3 7 sorted Bước 3 4 2 3 6 7 sorted Bước 4 2 3 4 6 7 18 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  19. Giải thuật Bubble sort Algorithm Bubble_sort Input: danh sách cần sắp thứ tự Output: danh sách đã được sắp thứ tự 1. for step = 1 to size-1 //Với mỗi cặp phần tử kề bất kỳ, sắp thứ tự chúng. //Sau mỗi bước phần tử cuối của danh sách hiện tại là lớn nhất, //vì vậy được trừ ra cho bước kế tiếp 1.1. for current = 1 to (size - step) //Nếu cặp phần tử kề hiện tại không đúng thứ tự 1.1.1. if (list[current] < list[current-1]) //Đổi chỗ chúng 1.1.1.1. temp = list[current] 1.1.1.2. list[current] = list[current-1] 1.1.1.3. list[current-1] = temp End Bubble_sort 19 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  20. Mã C++ Bubble sort template void Sortable_list :: bubble_sort( ) { Record temp; for (int position = count − 1; position > 0; position−−) for (int current = 1; current < position; current++) if (entry[current] < entry[current-1]) { temp = entry[current]; entry[current] = entry[current-1]; entry[current-1] = temp; } } 20 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  21. Bubble sort là exchange sort Algorithm Exchange_sort Input: danh sách cần sắp thứ tự Output: danh sách đã được sắp thứ tự 1. exchanged = true 2. while exchanged //Giả sử lần lặp này không có sự đổi chỗ thì nó đã có thứ tự 2.1. exchanged = false 2.2. for current = 1 to size – 1 //Nếu cặp này không có thứ tự thì đổi chỗ và ghi nhận lại 2.2.1. if (list[current] < list[current-1]) 2.2.1.1. exchange (current, current-1) 2.2.1.2. exchanged = true End Exchange_sort 21 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  22. Đánh giá Bubble sort Số lần so sánh: n(n-1)/2 Số lần dời chỗ: Danh sách có thứ tự tăng dần: tốt nhất là 0 lần Danh sách có thứ tự giảm dần: tệ nhất là 3*n(n-1)/2 22 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  23. Chia để trị Ý tưởng: Chia danh sách ra làm 2 phần Sắp thứ tự riêng cho từng phần Trộn 2 danh sách riêng đó thành danh sách có thứ tự Hai giải thuật: Merge sort: Chia đều thành 2 danh sách Sắp thứ tự riêng Trộn lại Quick sort: Chia thành 3 phần: nhỏ, giữa (pivot), lớn Sắp thứ tự riêng 23 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  24. Đánh giá sơ giải thuật chia để trị Giả sử 2 danh sách có số phần tử là n’ = n/2 Dùng insertion sort riêng cho từng mảnh Trộn 2 danh sách tốn (n’ + n’) = n lần so sánh Số lần so sánh tổng cộng: 2*((n/2)2/2 + O(n/2)) + n = n2/4 + O(n) So sánh với insertion sort là n2/2 + O(n) Có vẻ nhanh hơn 24 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  25. Merge sort Start Finish 26 33 35 29 19 12 22 12 19 22 26 29 33 35 Trộn 26 33 35 29 26 29 33 35 19 12 22 12 19 22 Trộn Trộn 26 33 26 33 35 29 29 35 19 12 12 19 22 Trộn Trộn Trộn 26 33 35 29 19 12 25 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  26. Đánh giá Merge sort Độ phức tạp: Có tối đa lgn mức Ở mỗi mức, cần trộn n phần tử Hạn chế: Danh sách liên tục: di chuyển các phần tử nhiều Nên dùng trong DSLK 26 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  27. Giải thuật Merge sort - DSLK Algorithm Merge_sort Input: danh sách cần sắp thứ tự Output: danh sách đã được sắp thứ tự 1. if (có ít nhất 2 phần tử) //Chia danh sách ra 2 phần bằng nhau: 1.1. second_half = divide_from (sub_list) //Sắp xếp riêng từng phần 1.2. Call Merge_sort với sub_list 1.3. Call Merge_sort với second_half //Trộn hai phần này với nhau 1.4. Call Merge với sub_list và second_half End Merge_sort 27 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  28. Mã C++ Merge sort template void Sortable_list :: recursive_merge_sort (Node * &sub_list) { if (sub_list != NULL && sub_list->next != NULL) { Node *second_half = divide_from(sub_list); recursive_merge_sort(sub_list); recursive_merge_sort(second_half); sub_list = merge(sub_list, second_half); } } 28 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  29. Chia đôi DSLK midpoint sub_list 3 4 8 9 3 4 8 9 second_half position 29 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  30. Giải thuật chia đôi DSLK Algorithm divide_from Input: danh sách cần chia đôi Output: hai danh sách dài gần bằng nhau 1. if (có ít nhất 1 phần tử) //Dùng một con trỏ di chuyển nhanh gấp đôi con trỏ còn lại 1.1. midpoint = sub_list 1.2. position là phần tử kế của midpoint 1.3. while (position is not NULL) 1.3.1. Di chuyển position đến phần tử kế 2 lần 1.3.2. Di chuyển midpoint đến phần tử kế 1.4. Cắt danh sách ra 2 phần tại vị trí này End divide_from 30 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  31. Mã C++ chia đôi DSLK template Node *Sortable_list :: divide_from (Node *sub_list) { Node *position, *midpoint, *second_half; if ((midpoint = sub_list) == NULL) return NULL; position = midpoint->next; while (position != NULL) { position = position->next; //Di chuyển một lần if (position != NULL) { //Dừng ngay trước điểm giữa midpoint = midpoint->next; position = position->next; //Di chuyển lần thứ hai } } second_half = midpoint->next; //Phần sau là sau điểm dừng midpoint->next = NULL; //Tách đôi danh sách return second_half; } 31 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  32. Trộn 2 DSLK có thứ tự first 3 4 8 9 combined ? last Dummy node second 1 5 7 32 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  33. Giải thuật trộn hai DSLK có thứ tự Algorithm Merge Input: hai DSLK first và second có thứ tự Output: một DSLK có thứ tự 1. last_sorted là một node giả 2. while (first và second khác NULL) //Cả hai vẫn còn 2.1. if (dữ liệu của first nhỏ hơn dữ liệu của second) 2.1.1. Nối first vào sau last_sorted //Gỡ phần tử từ 2.1.2. last_sorted là first //DSLK 1 2.1.3. Chuyển first đến phần tử kế //gắn vào kết quả 2.2. else 2.2.1. Nối second vào sau last_sorted //Gỡ phần tử từ 2.2.2. last_sorted là second //DSLK 2 2.2.3. Chuyển second đến phần tử kế //gắn vào kết quả 2.3. if (danh sách first còn) 2.3.1. Nối first vào sau last_sorted 2.4. else 2.4.1. Nối second vào sau last_sorted End Merge 33 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  34. Mã C++ trộn hai DSLK có thứ tự template Node *Sortable_list :: merge(Node *first, Node *second) { Node combined, *last_sorted = &combined; while (first != NULL && second != NULL) { if (first->entry entry) { last_sorted->next = first; last_sorted = first; first = first->next; } else { last_sorted->next = second; last_sorted = second; second = second->next; } } if (first == NULL) last_sorted->next = second; else last_sorted->next = first; return combined.next; } 34 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  35. Quick sort Sort (26, 33, 35, 29, 19, 12, 22) Phân thành (19, 12, 22) và (33,35,29) với pivot=26 Sort (19, 12, 22) Phân thành (12) và (22) với pivot=19 Sort (12) Sort (22) Combine into (12, 19, 22) Sort (33, 35, 29) Phân thành (29) và (35) với pivot=33 Sort (29) Sort (35) Combine into (29, 33, 35) Combine into (12, 19, 22, 26, 29, 33, 35) 35 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  36. Giải thuật Quick sort Algorithm quick_sort Input: danh sách cần sắp xếp Output: danh sách đã được sắp xếp 1. if (có ít nhất 2 phần tử) //Phân hoạch danh sách thành 3 phần: //- Phần nhỏ hơn phần tử giữa //- Phần tử giữa //- Phần lớn hơn phần tử giữa 1.1. Phân hoạch danh sách ra 3 phần 1.2. Call quick_sort cho phần bên trái 1.3. Call quick_sort cho phần bên phải //Chỉ cần ghép lại là thành danh sách có thứ tự End quick_sort 36 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  37. Mã C++ Quick sort trên danh sách liên tục template void Sortable_list :: recursive_quick_sort(int low, int high) { //Phần được sắp xếp trong danh sách từ vị trí low đến vị trí high int pivot_position; if (low < high) { //pivot_postition là vị trí của phần tử giữa pivot_position = partition(low, high); recursive_quick_sort(low, pivot_position − 1); recursive_quick_sort(pivot_position + 1, high); //Danh sách kết quả đã có thứ tự trong khoảng từ low đến high } } 37 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  38. Phân hoạch cho quick sort 38 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  39. Phân hoạch cho quick sort (tt.) 39 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  40. Giải thuật phân hoạch Algorithm partition Input: danh sách cần phân hoạch từ low đến high Output: đã phân hoạch làm 3 phần, vị trí pivot được ghi nhận //Chọn phần tử tại vị trí giữa là phần tử pivot và chuyển về đầu 1. swap list[low], list[(low+high)/2] 2. pivot = list[low] 3. last_small = low 4. for index = low+1 to high //Quét qua tất cả các phần tử còn lại 4.1. if list[index] < pivot 4.1.1. last_small = last_small + 1 4.1.2. swap list[last_small], list[index] //Chuyển qua phần nhỏ hơn 5. swap list[last_small], list[low] //Trả phần tử pivot về lại chính giữa 6. Vị trí pivot chính là last_small End partition 40 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  41. Mã C++ phân hoạch template int Sortable_list :: partition(int low, int high) { //Giả sử hàm swap (ind1, ind2) sẽ đổi chỗ 2 phần tử tại 2 vị trí đó Record pivot; swap(low, (low + high)/2); pivot = entry[low]; int last_small = low; for (int index = low + 1; index <= high; index++) if (entry[index] < pivot) { last_small = last_small + 1; swap(last_small, index); } swap(low, last_small); return last_small; } 41 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  42. Ví dụ quick sort recursive_quick_sort(0,6) pivot pivot_position = partition(0,6) = 3 26 0 1 2 3 4 5 6 19 35 33 26 29 12 22 low=0 high=6 last_small pivot_position mid=(low+high)/2=3 recursive_quick_sort(0,2) index recursive_quick_sort(4,6) 42 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  43. Ví dụ quick sort (tt.) recursive_quick_sort(0,2) pivot pivot_position = partition(0,2) = 1 19 0 1 2 3 4 5 6 22 19 12 26 29 33 35 low=0 high=2 last_small mid=(low+high)/2=1 index recursive_quick_sort(0,0) (Không làm gì cả) recursive_quick_sort(2,2)pivot_position 43 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  44. Ví dụ quick sort (tt.) recursive_quick_sort(4,6) pivot pivot_position = partition(4,6) = 5 33 0 1 2 3 4 5 6 12 19 22 26 29 33 35 low=4 high=6 last_small mid=(low+high)/2=5 index recursive_quick_sort(4,4) (Không làm gì cả) recursive_quick_sort(6,6) pivot_position 44 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  45. Các trường hợp của Quick sort 45 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  46. Đánh giá Quick sort Trường hợp xấu nhất: Một bên rỗng và một bên là n-1 phần tử => n(n-1)/2 Chọn phần tử pivot: Đầu (hay cuối): trường hợp xấu xảy ra khi danh sách đang có thứ tự (hoặc thứ tự ngược) Ở trung tâm, hoặc ngẫu nhiên: trường hợp xấu khó xảy ra Trường hợp trung bình: C(n) = 2n ln n + O(n) ≈ 1.39 n lg n + O(n) 46 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  47. Heap và Heap sort Heap (định nghĩa lại): Danh sách có n phần tử (từ 0 đến n-1) ak ≥ a2k+1 và ak ≥ a2k+2 (ak lớn nhất trong 3 phần tử) Đặc tính: a0 là phần tử lớn nhất Danh sách chưa chắc có thứ tự Nửa sau của danh sách bất kỳ thỏa định nghĩa heap Heap sort: Lấy a0 ra, tái tạo lại heap => Phần tử lớn nhất Lấy a0 mới ra, tái tạo lại heap => Phần tử lớn kề 47 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  48. Giải thuật Heap sort Algorithm heap_sort Input: danh sách cần sắp xếp có n phần tử Output: danh sách đã sắp thứ tự //Xây dựng heap ban đầu 1. Call build_heap //Lần lượt lấy phần tử đầu ra đem về cuối danh sách hiện tại //rồi xây dựng heap trở lại 2. for index = size-1 to 0 //index là vị trí cuối của phần còn lại 2.1. swap list[0], list[index] //Đổi phần tử lớn nhất về cuối //Xây dựng lại heap với số phần tử giảm đi 1 2.2. Call rebuild_heap index-1 End heap_sort 48 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  49. Mã C++ Heap sort template void Sortable_list :: heap_sort( ) { Record current; //Xây dựng heap ban đầu build_heap( ); for (int last_unsorted = count − 1; last_unsorted > 0; last_unsorted−−) { //Giữ lại phần tử cuối cũ current = entry[last_unsorted]; // Extract last entry from list. //Chép phần tử đầu (lớn nhất) về vị trí này entry[last_unsorted] = entry[0]; //Xây dựng lại heap bằng cách chèn phần tử current vào đúng vị trí insert_heap(current, 0, last_unsorted − 1); } } 49 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  50. Biểu diễn Heap Dạng cây nhị phân: Node gốc là a0 2 node con của phần tử ak là 2 phần tử a2k+1 và a2k+2 Ở mức cuối cùng, các node lấp đầy từ bên trái sang bên phải (cây nhị phân gần đầy đủ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 50 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  51. Ví dụ Heap sort y r p d f b k current a c 0 1 2 3 4 5 6 7 8 y r p d f b k a c 51 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  52. Ví dụ Heap sort (tt.) r f p d c b k current a y 0 1 2 3 4 5 6 7 8 r f p d c b k a y 52 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  53. Ví dụ Heap sort (tt.) p f k d c b a current r y 0 1 2 3 4 5 6 7 8 p f k d c b a r y 53 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  54. Ví dụ Heap sort (tt.) k f b d c a p current r y 0 1 2 3 4 5 6 7 8 k f b d c a p r y 54 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  55. Ví dụ Heap sort (tt.) f d b a c k p current r y 0 1 2 3 4 5 6 7 8 f d b a c k p r y 55 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  56. Ví dụ Heap sort (tt.) d c b a f k p current r y 0 1 2 3 4 5 6 7 8 d c b a f k p r y 56 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  57. Ví dụ Heap sort (tt.) c a b d f k p current r y 0 1 2 3 4 5 6 7 8 c a b d f k p r y 57 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  58. Ví dụ Heap sort (tt.) b a c d f k p current r y 0 1 2 3 4 5 6 7 8 b a c d f k p r y 58 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  59. Giải thuật tái tạo lại heap Algorithm insert_heap Input: danh sách là heap trong khoảng từ low+1 đến high, current là giá trị cần thêm vào Output: danh sách là heap trong khoảng từ low đến high 1. Bắt đầu kiểm tra tại vị trí low 2. while (chưa kiểm tra xong đến high) 2.1. Tìm lớn nhất trong bộ ba phần tử current, list[2k+1], list[2k+2] 2.2. if (phần tử đó là current) 2.2.1. Ngừng vòng lặp 2.3. else 2.3.1. Dời phần tử lớn nhất lên vị trí hiện tại 2.3.2. Kiểm tra bắt đầu từ vị trí của phần tử lớn nhất này 3. Đưa current vào vị trí đang kiểm tra End insert_heap 59 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  60. Mã C++ tái tạo lại heap template void Sortable_list :: nsert_heap(const Record ¤t, int low, int high) { int large = 2 * low + 1; //P.tử lớn giả sử là tại 2k+1 while (large = entry[large]) break; //Nếu current là lớn nhất thì thôi else { entry[low] = entry[large]; //Không thì đẩy p.tử lớn nhất lên low = large; //rồi tiếp tục kiểm tra về sau large = 2 * low + 1; } } entry[low] = current; //Đây là vị trí thích hợp cho current } 60 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  61. Giải thuật xây dựng heap ban đầu Algorithm build_heap Input: danh sách bất kỳ cần biến thành heap Output: danh sách đã là heap //Nửa sau của 1 danh sách bất kỳ thỏa tính chất của heap //Ta tìm cách xây dựng heap ngược từ giữa về đầu 1. for low = size/2 downto 0 //Từ vị trí low+1 đến cuối danh sách đang là heap 1.1. current = list[low]; //Xây dựng lại heap trong khoảng [low, size-1] 1.2. Call insert_heap với current, low và size − 1 End build_heap 61 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  62. Mã C++ xây dựng heap ban đầu template void Sortable_list :: build_heap( ) { //Nửa sau của 1 danh sách bất kỳ thỏa tính chất của heap //Ta tìm cách xây dựng heap ngược từ giữa về đầu for (int low = count/2 − 1; low >= 0; low−−) { Record current = entry[low]; insert_heap(current, low, count − 1); } } 62 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  63. Ví dụ xây dựng heap ban đầu 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Bước 1 p c y d f b k a r 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Bước 2 p c y r f b k a d 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Bước 3 p c y r f b k a d 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Bước 3’ p r y c f b k a d 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Bước 4 p r y d f b k a c 0 1 2 3 4 5 6 7 8 y r p d f b k a c 63 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  64. Đánh giá Heap sort Trường hợp xấu nhất: C = 2n lg n + O(n) M = n lg n + O(n) So với Quick sort Trung bình: chậm hơn quick sort Xấu nhất: O(n lg n) < n(n-1)/2 64 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự
  65. 65 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Khoa Công nghệ Thông tin Chương 8. Sắp thứ tự