Chương 2.2. Giải thuật sắp xếp
ầ
Tr n Minh Thái Email: minhthai@huflit.edu.vn Website: www.minhthai.edu.vn
1
Mục tiêu
Nắm vững, minh họa và tính toán được
các phép gán (hoán vị) các giải thuật sắp
xếp cơ bản trên mảng một chiều
Cài đặt được các giải thuật bằng ngôn
ngữ C/C++
2
Các khái niệm
Sắp xếp là quá trình xử lý một danh sách các
phần tử (hoặc các mẫu tin) để đặt chúng theo
một thứ tự thỏa mãn một tiêu chuẩn nào đó
dựa trên nội dung thông tin lưu giữ tại mỗi phần
3
tử.
Các khái niệm
Khái niệm nghịch thế
a1 a2 a3
a4 … … aN-
aN
aN- 1
2
Giả sử xét mảng có thứ tự tăng dần, nếu có
i
Mục tiêu của sắp xếp là khử các nghịch thế
4
(bằng cách hoán vị)
Các giải thuật sắp xếp cơ bản
Đổi chổ trực tiếp – Interchange Sort
Chọn trực tiếp – Selection Sort
Chèn trực tiếp – Insertion Sort
Nổi bọt – Bubble Sort
Quick Sort
Một số giải thuật khác đọc thêm trong tài
liệu
5
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort
Ý tưởng
Ý tưởng chính của giải thuật là xuất phát từ đầu
dãy, tìm tất cả nghịch thế chứa phần tử này, triệt
tiêu chúng bằng cách đổi chỗ phần tử này với
phần tử tương ứng trong cặp nghịch thế. Lặp lại
6
xử lý trên với các phần tử tiếp theo trong dãy.
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Giả sử cần sắp xếp dãy số sau tăng dần
15
10
9
7
5
1 2 3
3 4
5
2 6
7
1 8
7
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 1: Xét phần tử đầu tiên (tại vị trí 1)
15
10
9
7
5
3
3 4
5
2 6
7
1 8
8
1 2
i j
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 1: Xét phần tử đầu tiên (tại vị trí 1)
15
10
9
7
5
3
3 4
5
2 6
7
1 8
9
2 1
j i
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 1: Xét phần tử đầu tiên (tại vị trí 1)
15
10
9
7
5
2 3 1 5
3 4
2 6
7
1 8
10
j i
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 1: Xét phần tử đầu tiên (tại vị trí 1)
15
10
9
7
5
2 3
3 1
4 5
2 6
7
1 8
11
i j
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 1: Xét phần tử đầu tiên (tại vị trí 1)
15
10
9
7
5
2 3 4
3 1
7
2 6
1 8
12
5
i j
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 1: Xét phần tử đầu tiên (tại vị trí 1)
15
10
9
7
5
2 3 4 5
2 1
7
3 6
1 8
13
i j
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 1: Xét phần tử đầu tiên (tại vị trí 1)
15
10
9
7
5
2 3 4 5
3 6
2 1
7
1 8
14
i j
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 1: Xét phần tử đầu tiên (tại vị trí 1)
Kết thúc bước 1 15
10
9
7
5
2 3 4 5
3 6
7
1 1 1
2 8
15
i j
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 2: Xét phần tử thứ hai (tại vị trí 2)
15
10
9
7
5
2 3
1 1 1
5 4
3 6
7
2 8
16
j i
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 2: Xét phần tử thứ hai (tại vị trí 2)
15
10
9
7
5
1 1 1
3 2 5 4
3 6
7
2 8
17
j i
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 2: Xét phần tử thứ hai (tại vị trí 2)
15
10
9
7
5
1 1 1
2 3 4 5
3 6
7
2 8
18
i j
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 2: Xét phần tử thứ hai (tại vị trí 2)
15
10
9
7
5
3 4
1 1 1
2 7
3 6
2 8
19
5
i j
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 2: Xét phần tử thứ hai (tại vị trí 2)
15
10
9
7
5
3 4 5
1 1 1
3 2
7
2 8
20
6
i j
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 2: Xét phần tử thứ hai (tại vị trí 2)
15
10
9
7
5
3 4 5 6
1 1 1
3 2
7
2 8
21
i j
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 2: Xét phần tử thứ hai (tại vị trí 2)
Kết thúc bước 2 15
10
9
7
5
3 4 5 6 7
1 1 1
2 2 2
3 8
22
i j
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 3: Xét phần tử thứ ba (tại vị trí 3)
15
10
9
7
5
3 4
1 1 1
2 2 2
5 6 7
3 8
23
j i
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 3: Xét phần tử thứ ba (tại vị trí 3)
15
10
9
7
5
1 1 1
2 2 2
4 3 5 6 7
3 8
24
j i
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 3: Xét phần tử thứ ba (tại vị trí 3)
15
10
9
7
5
1 1 1
2 2 2
4 5 3 7 6
3 8
25
j i
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 3: Xét phần tử thứ ba (tại vị trí 3)
15
10
9
7
5
1 1 1
2 2 2
4 5 3 7
3 8
26
6
i j
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 3: Xét phần tử thứ ba (tại vị trí 3)
15
10
9
7
5
1 1 1
2 2 2
4 5 6 3 7
3 8
27
i j
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 3: Xét phần tử thứ ba (tại vị trí 3)
Kết thúc bước 3 15
10
9
7
5
4 5 6 7 8
1 1 1
2 2 2
3 3 3
28
j i
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 4: Xét phần tử thứ tư (tại vị trí 4)
15
10
9
7
5
1 1 1
2 2 2
4 5
3 3 3
29
7 6 8
j i
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 4: Xét phần tử thứ tư (tại vị trí 4)
15
10
9
7
5
1 1 1
2 2 2
3 3 3
30
7 6 8 4 5
i j
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 4: Xét phần tử thứ tư (tại vị trí 4)
15
10
9
7
5
1 1 1
2 2 2
3 3 3
31
5 6 4 7 8
j i
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 4: Xét phần tử thứ tư (tại vị trí 4)
15
10
9
7
5
1 1 1
2 2 2
3 3 3
32
5 6 4 7 8
i j
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 4: Xét phần tử thứ tư (tại vị trí 4)
Kết thúc bước 4 15
10
9
7
5 5
1 1 1
2 2 2
3 3 3
33
5 6 7 4 8
i j
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 5: Xét phần tử thứ năm (tại vị trí 5)
15
10
9
7
5 5
1 1 1
2 2 2
3 3 3
34
5 6 4 7 8
j i
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 5: Xét phần tử thứ năm (tại vị trí 5)
15
10
9
7
5 5
1 1 1
2 2 2
3 3 3
35
4 8 7 5 6
i j
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 5: Xét phần tử thứ năm (tại vị trí 5)
15
10
9
7
5 5
1 1 1
2 2 2
3 3 3
36
4 6 7 5 8
j i
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 5: Xét phần tử thứ năm (tại vị trí 5)
Kết thúc bước 5 15
10
9
7 7
5 5
1 1 1
2 2 2
3 3 3
37
4 6 7 8 5
j i
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 6: Xét phần tử thứ sáu (tại vị trí 6)
15
10
9
7 7
5 5
1 1 1
2 2 2
3 3 3
38
4 6 7 5 8
j i
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 6: Xét phần tử thứ sáu (tại vị trí 6)
15
10
9
7 7
5 5
1 1 1
2 2 2
3 3 3
39
4 5 6 7 8
i j
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 6: Xét phần tử thứ sáu (tại vị trí 6)
Kết thúc bước 6 15
10
9 9
7 7
5 5
1 1 1
2 2 2
3 3 3
40
4 5 7 8 6
j i
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 7: Xét phần tử thứ bảy (tại vị trí 7)
15
10
9 9
7 7
5 5
1 1 1
2 2 2
3 3 3
41
4 5 7 8 6
j i
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Bước 7: Xét phần tử thứ bảy (tại vị trí 7)
Kết thúc bước 7
15
10 10
9 9
7 7
5 5
1 1 1
2 2 2
3 3 3
42
4 5 6 7 8
i j
Đổi chổ trực tiếp – interchange sort Hoàn tất sắp xếp
15
10 10
9 9
7 7
5 5
11 1
2 2 2
3 3 3
43
4 5 6 7 8
Giải thuật
Bước 1 : i = 1;// bắt đầu từ đầu dãy
Bước 2 : j = i+1;//tìm các phần tử a[j] < a[i], j>i
Bước 3 :
Trong khi j <= N thực hiện
Nếu a[j]
Bước 4 : i = i+1; j = j+1; Nếu i < N: Lặp lại Bước 2. 44 Ngược lại: Dừng. Cài đặt void InterchangeSort(int a[], int N ) { int i, j; for (i = 0 ; i for (j =i+1; j < N ; j++)
if(a[j ]< a[i]) HoanVi(a[i],a[j]); } } void HoanVi(int &a, int &b)
{ 45 int tam=a;
a=b;
b=tam; } § Minh họa từng bước thực hiện của giải thuật
Interchange Sort khi sắp dãy số sau tăng dần: § Cho biết tổng số phép hoán vị 46 1 2 3 4 5 6 Ðánh giá giải thuật 47 Số lượng các phép so sánh xảy ra không phụ
thuộc vào tình trạng của dãy số ban đầu, nhưng
số lượng phép hoán vị thực hiện tùy thuộc vào kết
quả so sánh, có thể ước lượng trong từng trường
hợp như sau: Ý tưởng: Chọn phần tử nhỏ nhất trong N phần tử ban đầu, đưa phần tử này về vị trí đúng là đầu dãy hiện hành; lúc này dãy hiện hành chỉ còn N-1 phần tử cần sắp xếp, bắt đầu từ vị trí thứ 2; lặp lại quá trình trên cho dãy hiện hành... đến khi dãy hiện hành chỉ còn 1 48 phần tử Làm sao để xác định được vị trí phần tử có giá trị nhỏ nhất trong một dãy
gồm N phần tử? 49 1 2 3 5 7 50 1 2 3 5 7 51 52 1 2 3 5 7 7 lớn hơn 5
nên không
cập nhật vị
trí min 53 1 2 3 5 7 3 nhỏ hơn 5
nên cập
nhật vị trí
min 54 1 2 3 5 7 9 lớn hơn 3
nên không
cập nhật vị
trí min 55 1 2 3 5 7 1 nhỏ hơn 3
nên cập
nhật vị trí
min 56 1 2 3 5 7 15 lớn hơn 1
nên không
cập nhật vị
trí min 57 1 2 3 5 7 2 lớn hơn 1
nên không
cập nhật vị
trí min 58 1 2 3 5 7 Hãy cài đặt hàm tìm và trả về vị trí
của phần tử nhỏ nhất bằng ngôn ngữ C,
đầu vào là mảng số nguyên a, kích thước
N? 59 60 1 3 5 7 8 Giả sử cần sắp xếp dãy số sau tăng
dần 1 2 3 5 7 61 Bước 1: Xét phần tử thứ nhất (vị trí
• Tìm phần tử nhỏ nhất từ vị trí 1 đến 8
1)
• Hoán vị 2 phần tử tại vị trí đang xét với vị trí phần tử min min 1 2 3 5 62 7 i Bước 2: Xét phần tử thứ hai (vị trí 2)
• Tìm phần tử nhỏ nhất từ vị trí 2 đến 8
• Hoán vị 2 phần tử tại vị trí đang xét với vị trí phần tử min min 2 3 5 63 7 8 i Bước 3: Xét phần tử thứ ba (vị trí 3)
• Tìm phần tử nhỏ nhất từ vị trí 3 đến 8
• Hoán vị 2 phần tử tại vị trí đang xét với vị trí phần tử min min 3 64 5 6 7 8 i Bước 4: Xét phần tử thứ tư (vị trí 4)
• Tìm phần tử nhỏ nhất từ vị trí 4 đến 8
• Hoán vị 2 phần tử tại vị trí đang xét với vị trí phần tử min min 4 5 6 7 8 65 i Bước 5: Xét phần tử thứ năm (vị trí
• Tìm phần tử nhỏ nhất từ vị trí 5 đến 8
5)
• Hoán vị 2 phần tử tại vị trí đang xét với vị trí phần tử min min 66 5 6 7 8 4 i Bước 6: Xét phần tử thứ sáu (vị trí
6)• Tìm phần tử nhỏ nhất từ vị trí 6 đến 8
• Hoán vị 2 phần tử tại vị trí đang xét với vị trí phần tử min min 67 4 6 5 7 8 i Bước 7: Xét phần tử thứ bảy (vị trí
7)• Tìm phần tử nhỏ nhất từ vị trí 7 đến 8
• Hoán vị 2 phần tử tại vị trí đang xét với vị trí phần tử min min 68 4 5 7 8 6 i Kết thúc giải thuật - hoàn tất sắp
xếp 69 4 5 6 7 8 Giải thuật
Bước 1: i = 1; Bước 2: Tìm phần tử a[vtmin] nhỏ nhất trong
dãy hiện hành từ a[i] đến a[N] Bước 3: Hoán vị a[vtmin] và a[i] Bước 4: i = i+1 Nếu i < N thì lặp lại Bước 2 Ngược lại: Dừng. 70 { int vtmin; Tìm vị trí min
tính từ i đến N-
1 for (int i=0; i {
vtmin = i; for(int j = i+1; j { if (a[j ] < a[vtmin]) 71 vtmin=j; } HoanVi(a[vtmin], a[i]); } } int TimVTMin(int a[], int N, int k) void SelectionSort(int a[],int N )
{ { int vtmin=k;Bài tập
15
7
9
10
6
20
Chọn trực tiếp – selection sort
Chọn trực tiếp – selection sort
?
Chọn trực tiếp – selection sort
Tìm vị trí phần tử nhỏ nhất?
Giả sử cần tìm vị trí phần tử nhỏ nhất trong
dãy số sau ?
15
10
9
7
5
3
4
1
6
2
8
Chọn trực tiếp – selection sort
Tìm vị trí phần tử nhỏ nhất?
Bước 1: Giả sử vị trí phần tử nhỏ nhất là 1
(vtmin), phần tử này có giá trị 10
vtmi
n
15
10
9
7
5
3
4
1
6
2
8
vtmi
n
Chọn trực tiếp – selection sort
Tìm vị trí phần tử nhỏ nhất?
Bước 2: So sánh giá trị tại vtmin với tất cả
giá trị tại vị trí còn lại (từ 2 đến 8), nếu có
5 nhỏ hơn
phần tử nào nhỏ hơn phần tử tại vtmin thì
10 nên cập
cập nhật lại vtmin
nhật vị trí
min
15
10
9
7
5
3
4
1
6
2
8
Chọn trực tiếp – selection sort
Tìm vị trí phần tử nhỏ nhất?
Bước 2: So sánh giá trị tại vtmin với tất cả
giá trị tại vị trí còn lại (từ 2 đến 8), nếu có
phần tử nào nhỏ hơn phần tử tại vtmin thì
cập nhật lại vtmin
vtmi
n
15
10
9
7
5
3
4
1
6
2
8
Chọn trực tiếp – selection sort
Tìm vị trí phần tử nhỏ nhất?
Bước 2: So sánh giá trị tại vtmin với tất cả
giá trị tại vị trí còn lại (từ 2 đến 8), nếu có
phần tử nào nhỏ hơn phần tử tại vtmin thì
cập nhật lại vtmin
vtmi
n
15
10
9
7
5
3
4
1
6
2
8
Chọn trực tiếp – selection sort
Tìm vị trí phần tử nhỏ nhất?
Bước 2: So sánh giá trị tại vtmin với tất cả
giá trị tại vị trí còn lại (từ 2 đến 8), nếu có
phần tử nào nhỏ hơn phần tử tại vtmin thì
cập nhật lại vtmin vtmi
n
15
10
9
7
5
3
4
1
6
2
8
Chọn trực tiếp – selection sort
Tìm vị trí phần tử nhỏ nhất?
Bước 2: So sánh giá trị tại vtmin với tất cả
giá trị tại vị trí còn lại (từ 2 đến 8), nếu có
phần tử nào nhỏ hơn phần tử tại vtmin thì
cập nhật lại vtmin vtmi
n
15
10
9
7
5
3
4
1
6
2
8
Chọn trực tiếp – selection sort
Tìm vị trí phần tử nhỏ nhất?
Bước 2: So sánh giá trị tại vtmin với tất cả
giá trị tại vị trí còn lại (từ 2 đến 8), nếu có
phần tử nào nhỏ hơn phần tử tại vtmin thì
cập nhật lại vtmin
vtmi
n
15
10
9
7
5
3
4
1
6
2
8
Chọn trực tiếp – selection sort
Tìm vị trí phần tử nhỏ nhất?
Bước 2: So sánh giá trị tại vtmin với tất cả
giá trị tại vị trí còn lại (từ 2 đến 8), nếu có
phần tử nào nhỏ hơn phần tử tại vtmin thì
cập nhật lại vtmin
vtmi
n
15
10
9
7
5
3
4
1
6
2
8
Chọn trực tiếp – selection sort
Tìm vị trí phần tử nhỏ nhất?
?
Chọn trực tiếp – selection sort
Tìm vị trí phần tử nhỏ nhất?
Giả sử cần tìm vị trí phần tử nhỏ nhất
bắt đầu từ vị trí k cho trước (ví dụ
?
đoạn
từ 3 đến 8) thì giải quyết như thế
nào? Hãy viết hàm cài đặt bằng ngôn ngữ
C?
15
10
9
8
7
3
4
1
2
2
6
Chọn trực tiếp – selection sort
15
10
9
7
5
3
4
2
6
1
8
Chọn trực tiếp – selection sort
15
10
9
7
5
3
4
2
6
1
8
Chọn trực tiếp – selection sort
15
10
9
7
5
1
1
3
4
2
6
Chọn trực tiếp – selection sort
15
10
9
7
5
1
1
2
2
3
4
Chọn trực tiếp – selection sort
15
10
9
7
5
1
1
2
2
3
3
Chọn trực tiếp – selection sort
15
10
9
7
5
1
1
2
2
3
3
Chọn trực tiếp – selection sort
15
10
9
7
5
1
1
2
2
3
3
Chọn trực tiếp – selection sort
15
10
9
7
5
1
1
2
2
3
3
Chọn trực tiếp – selection sort
15
10
9
7
5
1
1
2
2
3
3
Cài đặt 1
void SelectionSort(int a[],int N )

