- •Структуры и алгоритмы обработки данных Методическое пособие
- •Ктн е. В. Курапова, кф-мн е. П. Мачикина
- •Оглавление
- •ВвЕдение
- •Необходимые понятия и определения
- •Основные структуры данных
- •Задача сортировки массивов
- •Трудоемкость методов сортировки массивов
- •Задача сортировки последовательностей
- •Теорема о сложности сортировки
- •Задача поиска элементов с заданным ключом
- •Методы сортировки с квадратичной трудоемкостью
- •Метод прямого выбора
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Пузырьковая сортировка
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Шейкерная сортировка
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Варианты заданий
- •Метод Шелла
- •Метод прямого включения
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Метод Шелла
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Варианты заданий
- •Быстрые методы сортировки массивов
- •Пирамидальная сортировка
- •Свойства пирамиды
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Построение (1, 8)-пирамиды
- •Сортировка
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Метод Хоара
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Проблема глубины рекурсии.
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Варианты заданий
- •Работа с линейными списками
- •Указатели. Основные операции с указателями
- •Основные операции с линейными списками
- •Методы сортировки последовательностей
- •Метод прямого слияния
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Цифровая сортировка
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Варианты заданий
- •Двоичный поиск в упорядоченном массиве
- •Алгоритм двоичного поиска
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Обозначим
- •Найден – логическая переменная, в которой будем отмечать факт успешного завершения поиска.
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Варианты заданий
- •Сортировка данных с произвольной структурой
- •Сравнение данных произвольной структуры
- •Сортировка по множеству ключей. Индексация
- •Алгоритм на псевдокоде (на примере пузырьковой сортировки)
- •Индексация через массив указателей
- •Варианты заданий
- •Двоичные деревья
- •Основные определения и понятия
- •Различные обходы двоичных деревьев
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Идеально сбалансированное дерево поиска
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Варианты заданий
- •Случайное дерево поиска
- •Определение случайного дерева поиска
- •Добавление вершины в дерево
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Удаление вершины из дерева
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Варианты заданий
- •Сбалансированные по высоте деревья (авл-деревья)
- •Определение и свойства авл-дерева
- •Повороты при балансировке
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Удаление вершины из дерева
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Варианты заданий
- •Определение б-дерева порядка m
- •Поиск в б-дереве
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Построение б-дерева
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Определение двоичного б-дерева
- •Добавление вершины в дерево
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Варианты заданий
- •Деревья оптимального поиска (доп)
- •Определение дерева оптимального поиска
- •Точный алгоритм построения доп
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Варианты заданий
- •Хэширование и поиск
- •Понятие хэш-функции
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Метод прямого связывания
- •Метод открытой адресации
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Варианты заданий
- •Элементы теории кодирования информации
- •Необходимые понятия
- •Кодирование целых чисел
- •Алфавитное кодирование
- •Оптимальное алфавитное кодирование
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Почти оптимальное алфавитное кодирование
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Алгоритм на псевдокоде
- •Варианты заданий
- •Рекомендуемая литература
- •Псевдокод для записи алгоритмов
- •Структуры и алгоритмы обработки данных
- •630102, Г. Новосибирск, ул. Кирова, 86.
Алгоритм на псевдокоде
Обозначим n – количество элементов в S
a, b – рабочие списки
c=(c0, c1) – массив из двух очередей
p – предполагаемый размер серии
q – фактический размер серии в списке a
r – фактический размер серии в списке b
m – текущее количество элементов в списках a и b
i – номер активной очереди
<Расщепление (S, a, b, n)>
p:= 1
DO (p < n)
<инициализация очередей c0, c1>
i:=0, m:=n
DO (m > 0)
IF (m ≥ p) q:=p ELSE q:=m FI
m:= m – q
IF (m ≥ p) r:=p ELSE r:=m FI
m:= m – r
<слияние(a, q, b, r, ci )>
i:=1–i
OD
a:=c0.Head, b:=c1.Head
p:=2p
OD
c0.Tail → next:=NIL
S:=c0.Head
При инициализации очереди обнуляются указатели, указывающие на начало и на конец очереди, т.е. очередь становится пустой.
Трудоёмкость метода прямого слияния определяется сложностью операции слияния серий. На каждой итерации происходит ровно n перемещений элементов списка и не более n сравнений. Как нетрудно видеть, количество итераций равно . Тогда
C < n,M=n+n.
Дополнительные nперемещений происходят во время начального расщепления исходного списка. Асимптотические оценки для М и С имеют следующий вид
С=О(n log n), М=О(n log n) при n → ∞.
Метод обеспечивает устойчивую сортировку. При реализации для массивов, метод требует наличия второго вспомогательного массива, равного по размеру исходному массиву. При реализации со списками дополнительной памяти не требуется.
Цифровая сортировка
Другим методом сортировки последовательностей является цифровая сортировка. Пусть дана последовательность из Sчисел, представленных вm– ичной системе счисления. Каждое число состоит изLцифрd1d2…dL, 0 ≤di≤m– 1,i=1..L. Сначала числа из спискаSраспределяются поmочередям, причём номер очереди определяется последней цифрой каждого числа. Затем полученные очереди соединяются в список, для которого все действия повторяются, но распределение по очередям производится в соответствии со следующей цифрой и т.д.
Пример. Отсортировать последовательность 31 03′ 20 02 03″ 33 30 21 методом цифровой сортировки. Числа представлены в четверичной системе счисления.
S : |
31 |
03′ |
20 |
02 |
03″ |
33 |
30 |
21 |
Q0 : |
20 |
30 |
|
|
|
|
|
|
Q1 : |
31 |
21 |
|
|
|
|
|
|
Q2 : |
02 |
|
|
|
|
|
|
|
Q3 : |
03′ |
03″ |
33 |
|
|
|
|
|
S : |
20 |
30 |
31 |
21 |
02 |
03′ |
03″ |
33 |
Q0 : |
02 |
03′ |
03″ |
|
|
|
|
|
Q1 : |
|
|
|
|
|
|
|
|
Q2 : |
20 |
21 |
|
|
|
|
|
|
Q3 : |
30 |
31 |
33 |
|
|
|
|
|
S : |
02 |
03′ |
03″ |
20 |
21 |
30 |
31 |
33 |
Рисунок 23 Цифровая сортировка