Сортиране по цикъл
Цикълното сортиране е алгоритъм за нестабилно сортиране на място, който е особено полезен при сортиране на масиви, съдържащи елементи с малък диапазон от стойности. Разработен е от W. D. Jones и е публикуван през 1963 г.
Основната идея зад цикличното сортиране е да се раздели входният масив на цикли, където всеки цикъл се състои от елементи, които принадлежат на една и съща позиция в сортирания изходен масив. След това алгоритъмът извършва поредица от суапове, за да постави всеки елемент на правилната му позиция в неговия цикъл, докато всички цикли завършат и масивът бъде сортиран.
Ето стъпка по стъпка обяснение на алгоритъма за циклично сортиране:
- Започнете с несортиран масив от n елемента.
- Инициализирайте променлива cycleStart на 0.
- За всеки елемент в масива го сравнете с всеки друг елемент отдясно. Ако има елементи, които са по-малки от текущия елемент, се увеличава cycleStart.
- Ако cycleStart все още е 0 след сравняване на първия елемент с всички останали елементи, преминете към следващия елемент и повторете стъпка 3.
- След като бъде намерен по-малък елемент, разменете текущия елемент с първия елемент в неговия цикъл. След това цикълът продължава, докато текущият елемент се върне в първоначалната си позиция.
Повторете стъпки 3-5, докато не завършат всички цикли.
Сега масивът е сортиран.
Едно от предимствата на цикличното сортиране е, че има малък отпечатък от паметта, тъй като сортира масива на място и не изисква допълнителна памет за временни променливи или буфери. Въпреки това може да бъде бавен в определени ситуации, особено когато входният масив има голям диапазон от стойности. Въпреки това цикличното сортиране остава полезен алгоритъм за сортиране в определени контексти, като например при сортиране на малки масиви с ограничени диапазони от стойности.
Цикълното сортиране е алгоритъм за сортиране на място нестабилен алгоритъм за сортиране и сортиране за сравнение, което е теоретично оптимално по отношение на общия брой записи в оригиналния масив.
- Той е оптимален по отношение на броя на записите в паметта. то минимизира броя на записите в паметта за сортиране (Всяка стойност или се записва нула пъти, ако вече е в правилната си позиция, или се записва веднъж в правилната си позиция.)
- Базира се на идеята, че масивът, който трябва да се сортира, може да бъде разделен на цикли. Циклите могат да бъдат визуализирани като графика. Имаме n възли и ребро, насочено от възел i към възел j, ако елементът с i-ти индекс трябва да присъства на j-ти индекс в сортирания масив.
Цикъл в arr[] = {2 4 5 1 3}
Цикъл в arr[] = {2 4 5 1 3} - Цикъл в arr[] = {4 3 2 1}
Цикъл в arr[] = {4 3 2 1}
Ние един по един разглеждаме всички цикли. Първо разглеждаме цикъла, който включва първия елемент. Намираме правилната позиция на първия елемент и го поставяме на правилната позиция, да речем j. Разглеждаме старата стойност на arr[j] и намираме правилната й позиция, продължаваме да правим това, докато всички елементи от текущия цикъл не бъдат поставени на правилната позиция, т.е. не се върнем към началната точка на цикъла.
Псевдокод:
Begin
for
start:= 0 to n - 2 do
key := array[start]
location := start
for i:= start + 1 to n-1 do
if array[i] < key then
location: =location +1
done
if location = start then
ignore lower part go for next iteration
while key = array[location] do
location: = location + 1
done
if location != start then
swap array[location] with key
while location != start do
location start
for i:= start + 1 to n-1 do
if array[i] < key then
location: =location +1
done
while key= array[location]
location := location +1
if key != array[location]
Swap array[location] and key
done
done
EndОбяснение:
arr[] = {10 5 2 3}
index = 0 1 2 3
cycle_start = 0
item = 10 = arr[0]
Find position where we put the item
pos = cycle_start
i=pos+1
while(i
if (arr[i] < item)
pos++;
We put 10 at arr[3] and change item to
old value of arr[3].
arr[] = {10 5 2 10 }
item = 3
Again rotate rest cycle that start with index '0'
Find position where we put the item = 3
we swap item with element at arr[1] now
arr[] = {10 3 2 10 }
item = 5
Again rotate rest cycle that start with index '0' and item = 5
we swap item with element at arr[2].
arr[] = {10 3 5 10 }
item = 2
Again rotate rest cycle that start with index '0' and item = 2
arr[] = { 2 3 5 10 }
Above is one iteration for cycle_stat = 0.
Repeat above steps for cycle_start = 1 2 ..n-2По-долу е изпълнението на горния подход:
CPPJava// C++ program to implement cycle sort #includeusing namespace std ; // Function sort the array using Cycle sort void cycleSort ( int arr [] int n ) { // count number of memory writes int writes = 0 ; // traverse array elements and put it to on // the right place for ( int cycle_start = 0 ; cycle_start <= n - 2 ; cycle_start ++ ) { // initialize item as starting point int item = arr [ cycle_start ]; // Find position where we put the item. We basically // count all smaller elements on right side of item. int pos = cycle_start ; for ( int i = cycle_start + 1 ; i < n ; i ++ ) if ( arr [ i ] < item ) pos ++ ; // If item is already in correct position if ( pos == cycle_start ) continue ; // ignore all duplicate elements while ( item == arr [ pos ]) pos += 1 ; // put the item to it's right position if ( pos != cycle_start ) { swap ( item arr [ pos ]); writes ++ ; } // Rotate rest of the cycle while ( pos != cycle_start ) { pos = cycle_start ; // Find position where we put the element for ( int i = cycle_start + 1 ; i < n ; i ++ ) if ( arr [ i ] < item ) pos += 1 ; // ignore all duplicate elements while ( item == arr [ pos ]) pos += 1 ; // put the item to it's right position if ( item != arr [ pos ]) { swap ( item arr [ pos ]); writes ++ ; } } } // Number of memory writes or swaps // cout < < writes < < endl ; } // Driver program to test above function int main () { int arr [] = { 1 8 3 9 10 10 2 4 }; int n = sizeof ( arr ) / sizeof ( arr [ 0 ]); cycleSort ( arr n ); cout < < 'After sort : ' < < endl ; for ( int i = 0 ; i < n ; i ++ ) cout < < arr [ i ] < < ' ' ; return 0 ; } Python3// Java program to implement cycle sort import java.util.* ; import java.lang.* ; class GFG { // Function sort the array using Cycle sort public static void cycleSort ( int arr [] int n ) { // count number of memory writes int writes = 0 ; // traverse array elements and put it to on // the right place for ( int cycle_start = 0 ; cycle_start <= n - 2 ; cycle_start ++ ) { // initialize item as starting point int item = arr [ cycle_start ] ; // Find position where we put the item. We basically // count all smaller elements on right side of item. int pos = cycle_start ; for ( int i = cycle_start + 1 ; i < n ; i ++ ) if ( arr [ i ] < item ) pos ++ ; // If item is already in correct position if ( pos == cycle_start ) continue ; // ignore all duplicate elements while ( item == arr [ pos ] ) pos += 1 ; // put the item to it's right position if ( pos != cycle_start ) { int temp = item ; item = arr [ pos ] ; arr [ pos ] = temp ; writes ++ ; } // Rotate rest of the cycle while ( pos != cycle_start ) { pos = cycle_start ; // Find position where we put the element for ( int i = cycle_start + 1 ; i < n ; i ++ ) if ( arr [ i ] < item ) pos += 1 ; // ignore all duplicate elements while ( item == arr [ pos ] ) pos += 1 ; // put the item to it's right position if ( item != arr [ pos ] ) { int temp = item ; item = arr [ pos ] ; arr [ pos ] = temp ; writes ++ ; } } } } // Driver program to test above function public static void main ( String [] args ) { int arr [] = { 1 8 3 9 10 10 2 4 }; int n = arr . length ; cycleSort ( arr n ); System . out . println ( 'After sort : ' ); for ( int i = 0 ; i < n ; i ++ ) System . out . print ( arr [ i ] + ' ' ); } } // Code Contributed by Mohit Gupta_OMG <(0_o)>C## Python program to implement cycle sort def cycleSort ( array ): writes = 0 # Loop through the array to find cycles to rotate. for cycleStart in range ( 0 len ( array ) - 1 ): item = array [ cycleStart ] # Find where to put the item. pos = cycleStart for i in range ( cycleStart + 1 len ( array )): if array [ i ] < item : pos += 1 # If the item is already there this is not a cycle. if pos == cycleStart : continue # Otherwise put the item there or right after any duplicates. while item == array [ pos ]: pos += 1 array [ pos ] item = item array [ pos ] writes += 1 # Rotate the rest of the cycle. while pos != cycleStart : # Find where to put the item. pos = cycleStart for i in range ( cycleStart + 1 len ( array )): if array [ i ] < item : pos += 1 # Put the item there or right after any duplicates. while item == array [ pos ]: pos += 1 array [ pos ] item = item array [ pos ] writes += 1 return writes # driver code arr = [ 1 8 3 9 10 10 2 4 ] n = len ( arr ) cycleSort ( arr ) print ( 'After sort : ' ) for i in range ( 0 n ) : print ( arr [ i ] end = ' ' ) # Code Contributed by Mohit Gupta_OMG <(0_o)>JavaScript// C# program to implement cycle sort using System ; class GFG { // Function sort the array using Cycle sort public static void cycleSort ( int [] arr int n ) { // count number of memory writes int writes = 0 ; // traverse array elements and // put it to on the right place for ( int cycle_start = 0 ; cycle_start <= n - 2 ; cycle_start ++ ) { // initialize item as starting point int item = arr [ cycle_start ]; // Find position where we put the item. // We basically count all smaller elements // on right side of item. int pos = cycle_start ; for ( int i = cycle_start + 1 ; i < n ; i ++ ) if ( arr [ i ] < item ) pos ++ ; // If item is already in correct position if ( pos == cycle_start ) continue ; // ignore all duplicate elements while ( item == arr [ pos ]) pos += 1 ; // put the item to it's right position if ( pos != cycle_start ) { int temp = item ; item = arr [ pos ]; arr [ pos ] = temp ; writes ++ ; } // Rotate rest of the cycle while ( pos != cycle_start ) { pos = cycle_start ; // Find position where we put the element for ( int i = cycle_start + 1 ; i < n ; i ++ ) if ( arr [ i ] < item ) pos += 1 ; // ignore all duplicate elements while ( item == arr [ pos ]) pos += 1 ; // put the item to it's right position if ( item != arr [ pos ]) { int temp = item ; item = arr [ pos ]; arr [ pos ] = temp ; writes ++ ; } } } } // Driver program to test above function public static void Main () { int [] arr = { 1 8 3 9 10 10 2 4 }; int n = arr . Length ; // Function calling cycleSort ( arr n ); Console . WriteLine ( 'After sort : ' ); for ( int i = 0 ; i < n ; i ++ ) Console . Write ( arr [ i ] + ' ' ); } } // This code is contributed by Nitin Mittal< script > // Javascript program to implement cycle sort // Function sort the array using Cycle sort function cycleSort ( arr n ) { // count number of memory writes let writes = 0 ; // traverse array elements and put it to on // the right place for ( let cycle_start = 0 ; cycle_start <= n - 2 ; cycle_start ++ ) { // initialize item as starting point let item = arr [ cycle_start ]; // Find position where we put the item. We basically // count all smaller elements on right side of item. let pos = cycle_start ; for ( let i = cycle_start + 1 ; i < n ; i ++ ) if ( arr [ i ] < item ) pos ++ ; // If item is already in correct position if ( pos == cycle_start ) continue ; // ignore all duplicate elements while ( item == arr [ pos ]) pos += 1 ; // put the item to it's right position if ( pos != cycle_start ) { let temp = item ; item = arr [ pos ]; arr [ pos ] = temp ; writes ++ ; } // Rotate rest of the cycle while ( pos != cycle_start ) { pos = cycle_start ; // Find position where we put the element for ( let i = cycle_start + 1 ; i < n ; i ++ ) if ( arr [ i ] < item ) pos += 1 ; // ignore all duplicate elements while ( item == arr [ pos ]) pos += 1 ; // put the item to it's right position if ( item != arr [ pos ]) { let temp = item ; item = arr [ pos ]; arr [ pos ] = temp ; writes ++ ; } } } } // Driver code let arr = [ 1 8 3 9 10 10 2 4 ]; let n = arr . length ; cycleSort ( arr n ); document . write ( 'After sort : ' + '
' ); for ( let i = 0 ; i < n ; i ++ ) document . write ( arr [ i ] + ' ' ); // This code is contributed by susmitakundugoaldanga. < /script>
ИзходAfter sort : 1 2 3 4 8 9 10 10Анализ на времевата сложност :
- Най-лошият случай: O(n 2 )
- Среден случай: O(n 2 )
- Най-добър случай: O(n 2 )
Помощно пространство: О(1)
- Сложността на пространството е постоянна, защото този алгоритъм е на място, така че не използва допълнителна памет за сортиране.
Метод 2: Този метод е приложим само когато дадени стойности на масив или елементи са в диапазона от 1 до N или 0 до N. При този метод не е необходимо да въртим масив
Подход: Всички дадени стойности на масива трябва да са в диапазона от 1 до N или от 0 до N. Ако диапазонът е от 1 до N, тогава правилната позиция на всеки елемент от масива ще бъде индексът == стойност-1, т.е. означава, че при 0-та стойност на индекса ще бъде 1, по същия начин при 1-ва позиция на индекса стойността ще бъде 2 и така нататък до n-та стойност.
по подобен начин за стойности от 0 до N правилната индексна позиция на всеки елемент от масива или стойност ще бъде същата като неговата стойност, т.е. при 0-ти индекс 0 ще бъде там, 1-ва позиция 1 ще бъде там.
Обяснение:
arr[] = {5 3 1 4 2}
index = 0 1 2 3 4
i = 0;
while( i < arr.length)
correctposition = arr[i]-1;
find ith item correct position
for the first time i = 0 arr[0] = 5 correct index of 5 is 4 so arr[i] - 1 = 5-1 = 4
if( arr[i] <= arr.length && arr[i] != arr[correctposition])
arr[i] = 5 and arr[correctposition] = 4
so 5 <= 5 && 5 != 4 if condition true
now swap the 5 with 4
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[correctposition];
arr[correctposition] = temp;
now resultant arr at this after 1st swap
arr[] = {2 3 1 4 5} now 5 is shifted at its correct position
now loop will run again check for i = 0 now arr[i] is = 2
after swapping 2 at its correct position
arr[] = {3 2 1 4 5}
now loop will run again check for i = 0 now arr[i] is = 3
after swapping 3 at its correct position
arr[] = {1 2 3 4 5}
now loop will run again check for i = 0 now arr[i] is = 1
this time 1 is at its correct position so else block will execute and i will increment i = 1;
once i exceeds the size of array will get array sorted.
arr[] = {1 2 3 4 5}
else
i++;
loop end;
once while loop end we get sorted array just print it
for( index = 0 ; index < arr.length; index++)
print(arr[index] + ' ')
sorted arr[] = {1 2 3 4 5}По-долу е изпълнението на горния подход:
C++Java#includeusing namespace std ; void cyclicSort ( int arr [] int n ){ int i = 0 ; while ( i < n ) { // as array is of 1 based indexing so the // correct position or index number of each // element is element-1 i.e. 1 will be at 0th // index similarly 2 correct index will 1 so // on... int correct = arr [ i ] - 1 ; if ( arr [ i ] != arr [ correct ]){ // if array element should be lesser than // size and array element should not be at // its correct position then only swap with // its correct position or index value swap ( arr [ i ] arr [ correct ]) ; } else { // if element is at its correct position // just increment i and check for remaining // array elements i ++ ; } } } void printArray ( int arr [] int size ) { int i ; for ( i = 0 ; i < size ; i ++ ) cout < < arr [ i ] < < ' ' ; cout < < endl ; } int main () { int arr [] = { 3 2 4 5 1 }; int n = sizeof ( arr ) / sizeof ( arr [ 0 ]); cout < < 'Before sorting array: n ' ; printArray ( arr n ); cyclicSort ( arr n ); cout < < 'Sorted array: n ' ; printArray ( arr n ); return 0 ; } Python// java program to check implement cycle sort import java.util.* ; public class MissingNumber { public static void main ( String [] args ) { int [] arr = { 3 2 4 5 1 }; int n = arr . length ; System . out . println ( 'Before sort :' ); System . out . println ( Arrays . toString ( arr )); CycleSort ( arr n ); } static void CycleSort ( int [] arr int n ) { int i = 0 ; while ( i < n ) { // as array is of 1 based indexing so the // correct position or index number of each // element is element-1 i.e. 1 will be at 0th // index similarly 2 correct index will 1 so // on... int correctpos = arr [ i ] - 1 ; if ( arr [ i ] < n && arr [ i ] != arr [ correctpos ] ) { // if array element should be lesser than // size and array element should not be at // its correct position then only swap with // its correct position or index value swap ( arr i correctpos ); } else { // if element is at its correct position // just increment i and check for remaining // array elements i ++ ; } } System . out . println ( 'After sort : ' ); System . out . print ( Arrays . toString ( arr )); } static void swap ( int [] arr int i int correctpos ) { // swap elements with their correct indexes int temp = arr [ i ] ; arr [ i ] = arr [ correctpos ] ; arr [ correctpos ] = temp ; } } // this code is contributed by devendra solunkeC## Python program to check implement cycle sort def cyclicSort ( arr n ): i = 0 while i < n : # as array is of 1 based indexing so the # correct position or index number of each # element is element-1 i.e. 1 will be at 0th # index similarly 2 correct index will 1 so # on... correct = arr [ i ] - 1 if arr [ i ] != arr [ correct ]: # if array element should be lesser than # size and array element should not be at # its correct position then only swap with # its correct position or index value arr [ i ] arr [ correct ] = arr [ correct ] arr [ i ] else : # if element is at its correct position # just increment i and check for remaining # array elements i += 1 def printArray ( arr ): print ( * arr ) arr = [ 3 2 4 5 1 ] n = len ( arr ) print ( 'Before sorting array:' ) printArray ( arr ) # Function Call cyclicSort ( arr n ) print ( 'Sorted array:' ) printArray ( arr ) # This Code is Contributed by Prasad Kandekar(prasad264)JavaScriptusing System ; public class GFG { static void CycleSort ( int [] arr int n ) { int i = 0 ; while ( i < n ) { // as array is of 1 based indexing so the // correct position or index number of each // element is element-1 i.e. 1 will be at 0th // index similarly 2 correct index will 1 so // on... int correctpos = arr [ i ] - 1 ; if ( arr [ i ] < n && arr [ i ] != arr [ correctpos ]) { // if array element should be lesser than // size and array element should not be at // its correct position then only swap with // its correct position or index value swap ( arr i correctpos ); } else { // if element is at its correct position // just increment i and check for remaining // array elements i ++ ; } } Console . Write ( 'nAfter sort : ' ); for ( int index = 0 ; index < n ; index ++ ) Console . Write ( arr [ index ] + ' ' ); } static void swap ( int [] arr int i int correctpos ) { // swap elements with their correct indexes int temp = arr [ i ]; arr [ i ] = arr [ correctpos ]; arr [ correctpos ] = temp ; } static public void Main () { // Code int [] arr = { 3 2 4 5 1 }; int n = arr . Length ; Console . Write ( 'Before sort : ' ); for ( int i = 0 ; i < n ; i ++ ) Console . Write ( arr [ i ] + ' ' ); CycleSort ( arr n ); } } // This code is contributed by devendra solunke// JavaScript code for the above code function cyclicSort ( arr n ) { var i = 0 ; while ( i < n ) { // as array is of 1 based indexing so the // correct position or index number of each // element is element-1 i.e. 1 will be at 0th // index similarly 2 correct index will 1 so // on... let correct = arr [ i ] - 1 ; if ( arr [ i ] !== arr [ correct ]) { // if array element should be lesser than // size and array element should not be at // its correct position then only swap with // its correct position or index value [ arr [ i ] arr [ correct ]] = [ arr [ correct ] arr [ i ]]; } else { // if element is at its correct position // just increment i and check for remaining // array elements i ++ ; } } } function printArray ( arr size ) { for ( var i = 0 ; i < size ; i ++ ) { console . log ( arr [ i ] + ' ' ); } console . log ( 'n' ); } var arr = [ 3 2 4 5 1 ]; var n = arr . length ; console . log ( 'Before sorting array: n' ); printArray ( arr n ); cyclicSort ( arr n ); console . log ( 'Sorted array: n' ); printArray ( arr n ); // This Code is Contributed by Prasad Kandekar(prasad264)
ИзходBefore sorting array: 3 2 4 5 1 Sorted array: 1 2 3 4 5Анализ на времевата сложност:
- Най-лошият случай: O(n)
- Среден случай: O(n)
- Най-добър случай: O(n)
Помощно пространство: О(1)
Предимство на цикличното сортиране:
- Не е необходимо допълнително съхранение.
- алгоритъм за сортиране на място.
- Минимален брой записи в паметта
- Цикълното сортиране е полезно, когато масивът се съхранява в EEPROM или FLASH.
Недостатък на Cycle sort:
- Не се използва предимно.
- Има повече времева сложност o(n^2)
- Нестабилен алгоритъм за сортиране.
Приложение на сортиране на цикли:
Създаване на тест
- Този алгоритъм за сортиране е най-подходящ за ситуации, при които операциите за запис или размяна на паметта са скъпи.
- Полезно за сложни проблеми.