Пошук, сортування та поняття складності у програмуванні, Детальна інформація

mrg ( B, bpp, lp, lp, A );

end;

{ обробка залишку }

if tl > lp then

mrg ( B, n - tl + 1, lp, tl - lp, A );

{ за tl <= lp залишок був упорядкований }

{ на попередньому кроці }

lp := lp*2

end

{ lp >= n : масив упорядковано на останньому кроці }

end

Очевидно, що після k-го кроку впорядковані ділянки мають довжину lp=2k. Якщо 2k=n, то масив упорядковано. Якщо 2k>n, але 2k-1
lp = 2k-1 = 2k / 2 > n/2, npp = 0, tl = n > lp,

і злиття ділянки довжиною lp та залишку довжиною n-lp дає впорядкований масив.

Оцінимо складність наведеного алгоритму. При кожному виконанні тіла циклу while значення всіх елементів масиву копіюються в допоміжний масив і назад по одному разу, тобто виконується O(n) елементарних дій. Після останнього k-го кроку 2k<2n, тобто k<1+logn, і це означає, що тіло циклу while виконується 1+\xF0EB log2n\xF0FB =O(logn) разів. Отже, складність алгоритму оцінюється як O(nlogn).

Запишемо в таблицю значення виразів n, n(n-1)/2, n(1+\xF0EB log2n\xF0FB ) та округлене відношення r двох останніх:

n n(n-1)/2 n(1+\xF0EB log2n\xF0FB ) r

10 45 40 1

100 4950 700 7

1000 499500 10000 50

10000 49995000 140000 350

Як бачимо, кожне зростання n у 10 разів веде до зростання n(n-1)/2 та n(1+\xF0EB log2n\xF0FB ) приблизно в 100 й 14 разів відповідно, і за n=10000 сортування злиттям виконується в сотні разів скоріше, ніж бульбашкове!

Зауважимо, що в наведеному алгоритмі сортування злиттям копіювання масиву в допоміжний указано лише для того, щоб ідею алгоритму було простіше сприйняти. Цей алгоритм нескладно переробити так, щоб замість копіювання в додатковий масив відбувалося злиття в нього упорядкованих ділянок. Отже, на кроках з номерами 1, 3, 5, … має відбуватися злиття в допоміжний масив, а на кроках 2, 4, 6, … – злиття в протилежному напрямку. Переробка алгоритму залишається вправою.

Сортування злиттям можна задати рекурсивно: масив поділяється на дві приблизно рівні частини, які після сортування (тим самим способом – ось рекурсія!) зливаються. Коли ж довжина частини масиву зменшується до 1, відбувається просто повернення з рекурсії. Цей алгоритм уточнюється наступною процедурою Mrgrec. На відміну від процедури Merges, вона має два параметри-масиви (той, що сортується, та допоміжний), а також два числові параметри (початок і кінець частини масиву, яка сортується). Крім того, спочатку відбувається злиття ділянок основного масиву в допоміжний, а потім копіювання в основний:

procedure Mrgrec(var A, B : ArT; l, r : integer);

var m, k : integer;

begin

if l>=r then exit;

m:=(l+r) div 2;

Mrgrec(A, B, l, m); Mrgrec(A, B, m+1,r);