Introdução aos algoritmos de classificação de mesclagem em Java
Os algoritmos de classificação por mesclagem são muito importantes em ciência da computação. A saída da classificação é organizar os elementos de uma lista em certa ordem (crescente ou decrescente). A classificação por mesclagem é um dos algoritmos de classificação mais eficientes disponíveis, pois se baseia no conceito de divisão e conquista. Como o nome sugere, primeiro divida o problema maior em problemas pequenos do que resolva os problemas menores para resolver o problema maior. Neste artigo, discutiremos os algoritmos de classificação de mesclagem em Java. Conceitualmente, a classificação Merge é uma combinação de dois algoritmos básicos chamados MERGE e MERGE_SORT, que funciona da seguinte maneira:
- Divida a lista não classificada em n número de sub-listas de item único (n é o número total de elementos na lista não classificada).
- Mesclar sublistas repetidamente em sublistas classificadas até que haja apenas uma lista classificada.
Implementação de algoritmos de classificação de mesclagem em Java
O algoritmo MERGE é o procedimento de combinar duas listas classificadas em uma lista classificada.
Exemplo: Suponha que haja duas listas, ou seja, Lista 1 (6, 3) e Lista 2 (3, 1, 9).
1. Primeiro, classifique as duas listas.
Lista 1
Lista 2
Agora, aplicaremos uma técnica de mesclagem.
- Em seguida, criaremos uma nova lista de tamanho m + n em que m é o número de elementos na Lista 1 en é o número de elementos na Lista 2.
Lista 3
No nosso caso, m = 2 en = 3, então m + n = 5.
- Agora, temos um ponteiro de dois. Um primeiro ponteiro apontando para a primeira posição da lista 1 e o segundo ponteiro apontando para a primeira posição da lista 2.
4. Em seguida, compararemos o valor dos dois ponteiros. O ponteiro com menor valor, copie esse elemento na Lista 3 e mova o ponteiro para a direita da lista com valor menor e a lista resultante (por exemplo, Lista 1 e Lista 3).
5. Da mesma forma, execute a etapa 4 novamente e novamente.
Travessia adicional …
NOTA: Se uma das listas (por exemplo, lista 1 ou lista 2) for totalmente percorrida como no caso acima, copie todo o conteúdo de outras listas do ponteiro para a lista de resultados (por exemplo, lista 3) da seguinte maneira.
Algoritmo e Pseudocódigo
Os dois algoritmos usados no algoritmo de mesclagem são:
- O MERGE (ARR, F, M, L) é um processo que assume o seguinte:
- ARR (F… .M) e ARR (M + 1… .L) são listas ordenadas.
- Mescla as duas sub-listas classificadas em um ARR (F… .L).
- SORT (ARR (), F, L) // aqui F é o primeiro e L é o último índice da matriz.
Se (L> 1)
- Encontre o ponto do meio para dividir a lista em duas metades:
meio M = (F + L) / 2
- Classificação de mesclagem de chamadas para o primeiro semestre:
Ligue para SORT (ARR, 1, M)
- Classificação de mesclagem de chamadas para o segundo semestre:
Chamar SORT (ARR, M + 1, L)
- Mesclar as metades classificadas na etapa 2 e 3:
Ligue para MERGE (ARR, L, M, R)
Exemplo
Vamos dar um exemplo de uma matriz ARR (10, 6, 8, 5, 7, 3, 4). Usaremos o algoritmo de mesclagem para classificar a matriz usando sua técnica de divisão e conquista. Podemos ver a figura abaixo: a matriz é dividida recursivamente em duas metades até o tamanho se tornar 1. Depois que o tamanho se torna 1, chamamos processos de mesclagem e começamos a mesclar as listas até a lista completa ser mesclada.
NOTA: Na figura abaixo, os números em vermelho indicam a ordem na qual as etapas são processadas para formar a matriz classificada.
Código do Programa:
import java.util.Scanner;
public class mergeSort (
// merges two sublists of arr().
// first list is arr(l..m) // second list is arr(m+1..r) void mergeAlgo(int arr(), int l, int m, int r)
(
// find the sizes of two lists to be merged
int n1 = m - l + 1;
int n2 = r - m;
// create temp array
int L() = new int (n1);
int R() = new int (n2);
// copy data to temp arrays
for (int i=0; i L(i) = arr(l + i);
for (int j=0; j R(j) = arr(m + 1+ j);
/* merge the temp arrays */
// initial indexes of first and second list
int i = 0, j = 0;
// initial index of merged sub list
int k = l;
while (i < n1 && j < n2)
(
if (L(i) <= R(j))
(
arr(k) = L(i);
i++;
)
else
(
arr(k) = R(j);
j++;
)
k++;
)
// copy remaining elements of L() if any
while (i < n1)
(
arr(k) = L(i);
i++;
k++;
)
// copy remaining elements of R() if any
while (j < n2)
(
arr(k) = R(j);
j++;
k++;
)
)
// main function that sorts arr(l..r) using mergeAlgo()
void sort(int arr(), int l, int r)
(
if (l < r)
(
// find the middle index
int m = (l+r)/2;
// sort first and second halves
sort(arr, l, m);
sort(arr, m+1, r);
// merge the above two sorted halves
mergeAlgo(arr, l, m, r);
)
)
/* A function to print list of size n */
static void printArray(int arr())
(
int n = arr.length;
for (int i=0; i System.out.print(arr(i) + " ");
System.out.println();
)
public static void main(String args())
(
Scanner myObj = new Scanner(System.in);
System.out.println("Enter the size of list:");
int N = myObj.nextInt();
System.out.println("Enter the elements in list separated by space:");
int arr() = new int(N);
for(int i=0; i arr(i) = myObj.nextInt();
)
mergeSort mg = new mergeSort();
mg.sort(arr, 0, arr.length-1);
System.out.println("\nSorted list:");
printArray(arr);
)
)import java.util.Scanner;
public class mergeSort (
// merges two sublists of arr().
// first list is arr(l..m) // second list is arr(m+1..r) void mergeAlgo(int arr(), int l, int m, int r)
(
// find the sizes of two lists to be merged
int n1 = m - l + 1;
int n2 = r - m;
// create temp array
int L() = new int (n1);
int R() = new int (n2);
// copy data to temp arrays
for (int i=0; i L(i) = arr(l + i);
for (int j=0; j R(j) = arr(m + 1+ j);
/* merge the temp arrays */
// initial indexes of first and second list
int i = 0, j = 0;
// initial index of merged sub list
int k = l;
while (i < n1 && j < n2)
(
if (L(i) <= R(j))
(
arr(k) = L(i);
i++;
)
else
(
arr(k) = R(j);
j++;
)
k++;
)
// copy remaining elements of L() if any
while (i < n1)
(
arr(k) = L(i);
i++;
k++;
)
// copy remaining elements of R() if any
while (j < n2)
(
arr(k) = R(j);
j++;
k++;
)
)
// main function that sorts arr(l..r) using mergeAlgo()
void sort(int arr(), int l, int r)
(
if (l < r)
(
// find the middle index
int m = (l+r)/2;
// sort first and second halves
sort(arr, l, m);
sort(arr, m+1, r);
// merge the above two sorted halves
mergeAlgo(arr, l, m, r);
)
)
/* A function to print list of size n */
static void printArray(int arr())
(
int n = arr.length;
for (int i=0; i System.out.print(arr(i) + " ");
System.out.println();
)
public static void main(String args())
(
Scanner myObj = new Scanner(System.in);
System.out.println("Enter the size of list:");
int N = myObj.nextInt();
System.out.println("Enter the elements in list separated by space:");
int arr() = new int(N);
for(int i=0; i arr(i) = myObj.nextInt();
)
mergeSort mg = new mergeSort();
mg.sort(arr, 0, arr.length-1);
System.out.println("\nSorted list:");
printArray(arr);
)
)import java.util.Scanner;
public class mergeSort (
// merges two sublists of arr().
// first list is arr(l..m) // second list is arr(m+1..r) void mergeAlgo(int arr(), int l, int m, int r)
(
// find the sizes of two lists to be merged
int n1 = m - l + 1;
int n2 = r - m;
// create temp array
int L() = new int (n1);
int R() = new int (n2);
// copy data to temp arrays
for (int i=0; i L(i) = arr(l + i);
for (int j=0; j R(j) = arr(m + 1+ j);
/* merge the temp arrays */
// initial indexes of first and second list
int i = 0, j = 0;
// initial index of merged sub list
int k = l;
while (i < n1 && j < n2)
(
if (L(i) <= R(j))
(
arr(k) = L(i);
i++;
)
else
(
arr(k) = R(j);
j++;
)
k++;
)
// copy remaining elements of L() if any
while (i < n1)
(
arr(k) = L(i);
i++;
k++;
)
// copy remaining elements of R() if any
while (j < n2)
(
arr(k) = R(j);
j++;
k++;
)
)
// main function that sorts arr(l..r) using mergeAlgo()
void sort(int arr(), int l, int r)
(
if (l < r)
(
// find the middle index
int m = (l+r)/2;
// sort first and second halves
sort(arr, l, m);
sort(arr, m+1, r);
// merge the above two sorted halves
mergeAlgo(arr, l, m, r);
)
)
/* A function to print list of size n */
static void printArray(int arr())
(
int n = arr.length;
for (int i=0; i System.out.print(arr(i) + " ");
System.out.println();
)
public static void main(String args())
(
Scanner myObj = new Scanner(System.in);
System.out.println("Enter the size of list:");
int N = myObj.nextInt();
System.out.println("Enter the elements in list separated by space:");
int arr() = new int(N);
for(int i=0; i arr(i) = myObj.nextInt();
)
mergeSort mg = new mergeSort();
mg.sort(arr, 0, arr.length-1);
System.out.println("\nSorted list:");
printArray(arr);
)
)import java.util.Scanner;
public class mergeSort (
// merges two sublists of arr().
// first list is arr(l..m) // second list is arr(m+1..r) void mergeAlgo(int arr(), int l, int m, int r)
(
// find the sizes of two lists to be merged
int n1 = m - l + 1;
int n2 = r - m;
// create temp array
int L() = new int (n1);
int R() = new int (n2);
// copy data to temp arrays
for (int i=0; i L(i) = arr(l + i);
for (int j=0; j R(j) = arr(m + 1+ j);
/* merge the temp arrays */
// initial indexes of first and second list
int i = 0, j = 0;
// initial index of merged sub list
int k = l;
while (i < n1 && j < n2)
(
if (L(i) <= R(j))
(
arr(k) = L(i);
i++;
)
else
(
arr(k) = R(j);
j++;
)
k++;
)
// copy remaining elements of L() if any
while (i < n1)
(
arr(k) = L(i);
i++;
k++;
)
// copy remaining elements of R() if any
while (j < n2)
(
arr(k) = R(j);
j++;
k++;
)
)
// main function that sorts arr(l..r) using mergeAlgo()
void sort(int arr(), int l, int r)
(
if (l < r)
(
// find the middle index
int m = (l+r)/2;
// sort first and second halves
sort(arr, l, m);
sort(arr, m+1, r);
// merge the above two sorted halves
mergeAlgo(arr, l, m, r);
)
)
/* A function to print list of size n */
static void printArray(int arr())
(
int n = arr.length;
for (int i=0; i System.out.print(arr(i) + " ");
System.out.println();
)
public static void main(String args())
(
Scanner myObj = new Scanner(System.in);
System.out.println("Enter the size of list:");
int N = myObj.nextInt();
System.out.println("Enter the elements in list separated by space:");
int arr() = new int(N);
for(int i=0; i arr(i) = myObj.nextInt();
)
mergeSort mg = new mergeSort();
mg.sort(arr, 0, arr.length-1);
System.out.println("\nSorted list:");
printArray(arr);
)
)import java.util.Scanner;
public class mergeSort (
// merges two sublists of arr().
// first list is arr(l..m) // second list is arr(m+1..r) void mergeAlgo(int arr(), int l, int m, int r)
(
// find the sizes of two lists to be merged
int n1 = m - l + 1;
int n2 = r - m;
// create temp array
int L() = new int (n1);
int R() = new int (n2);
// copy data to temp arrays
for (int i=0; i L(i) = arr(l + i);
for (int j=0; j R(j) = arr(m + 1+ j);
/* merge the temp arrays */
// initial indexes of first and second list
int i = 0, j = 0;
// initial index of merged sub list
int k = l;
while (i < n1 && j < n2)
(
if (L(i) <= R(j))
(
arr(k) = L(i);
i++;
)
else
(
arr(k) = R(j);
j++;
)
k++;
)
// copy remaining elements of L() if any
while (i < n1)
(
arr(k) = L(i);
i++;
k++;
)
// copy remaining elements of R() if any
while (j < n2)
(
arr(k) = R(j);
j++;
k++;
)
)
// main function that sorts arr(l..r) using mergeAlgo()
void sort(int arr(), int l, int r)
(
if (l < r)
(
// find the middle index
int m = (l+r)/2;
// sort first and second halves
sort(arr, l, m);
sort(arr, m+1, r);
// merge the above two sorted halves
mergeAlgo(arr, l, m, r);
)
)
/* A function to print list of size n */
static void printArray(int arr())
(
int n = arr.length;
for (int i=0; i System.out.print(arr(i) + " ");
System.out.println();
)
public static void main(String args())
(
Scanner myObj = new Scanner(System.in);
System.out.println("Enter the size of list:");
int N = myObj.nextInt();
System.out.println("Enter the elements in list separated by space:");
int arr() = new int(N);
for(int i=0; i arr(i) = myObj.nextInt();
)
mergeSort mg = new mergeSort();
mg.sort(arr, 0, arr.length-1);
System.out.println("\nSorted list:");
printArray(arr);
)
)
Resultado:
Conclusão - Mesclar algoritmos de classificação em Java
Mesclar melhor, as piores e as complexidades de tempo médio são as mesmas, o que o torna um algoritmo mais eficiente. Funciona mais rápido que outras técnicas de classificação. A classificação de mesclagem pode ser aplicada a arquivos de qualquer tamanho. É altamente paralelamente devido ao uso do método de dividir e conquistar. Para desenvolver conceitos básicos sólidos em ciência da computação, é aconselhável que você compreenda completamente os diferentes algoritmos de classificação.
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