ทำความเข้าใจ Quick Sort กับ Java: Algorithm ที่รวดเร็วสำหรับการเรียงลำดับข้อมูล

ในโลกของการเขียนโปรแกรม การจัดการข้อมูลที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งหนึ่งที่น่าสนใจและท้าทายสำหรับโปรแกรมเมอร์ หนึ่งใน Algorithm ที่เป็นที่นิยมในการเรียงลำดับข้อมูลคือ "Quick Sort" ซึ่งเป็นเทคนิคที่ให้ความเร็วและมีประสิทธิภาพสูงในหลายสถานการณ์ ในบทความนี้ เราจะพูดถึง Quick Sort ที่เขียนด้วยภาษา Java และจะทำความเข้าใจถึงคุณสมบัติของมัน รวมถึงข้อดีข้อเสียและ usecase ในโลกจริง

Quick Sort คืออะไร?

Quick Sort เป็น algorithm สำหรับการเรียงลำดับข้อมูลที่ใช้หลักการ 'divide and conquer' โดยแบ่งข้อมูลออกเป็นส่วนย่อยๆ และทำการเรียงลำดับแต่ละส่วนย่อยนั้นแยกกัน จนกระทั่งข้อมูลทั้งหมดถูกเรียงลำดับอย่างถูกต้อง เป็นที่นิยมเพราะการประมวลผลที่รวดเร็วในสถานการณ์จริงส่วนใหญ่

ลักษณะการทำงานของ Quick Sort

1. การเลือก Pivot: Quick Sort เริ่มต้นด้วยการเลือกองค์ประกอบหนึ่งเป็น 'pivot' ซึ่งมักจะเลือกจากองค์ประกอบแรก, องค์ประกอบกลาง, หรือองค์ประกอบสุดท้ายของ array ที่จะเรียงลำดับ 

2. การแบ่ง Partition: ฟังก์ชันนี้จะจัดเรียงข้อมูลใน array ให้วางตำแหน่งที่ถูกต้องของ pivot โดยองค์ประกอบที่มีค่าน้อยกว่า pivot จะอยู่ด้านซ้าย และที่มีค่ามากกว่า pivot จะอยู่ด้านขวา 

3. การเรียงลำดับแบบ Recursive: หลังจากทำ Partition และระบุตำแหน่งของ pivot แล้ว Quick Sort จะเรียกร้องตัวเองเพื่อเรียงลำดับส่วนย่อยด้านซ้ายและด้านขวาของ pivot

ตัวอย่างโค้ด Quick Sort ใน Java

public class QuickSortExample {
    private static void quickSort(int[] array, int low, int high) {
        if (low < high) {
            int pi = partition(array, low, high);

            quickSort(array, low, pi - 1);
            quickSort(array, pi + 1, high);
        }
    }

    private static int partition(int[] array, int low, int high) {
        int pivot = array[high];
        int i = (low - 1); // index of smaller element
        for (int j = low; j < high; j++) {
            // If current element is smaller than the pivot
            if (array[j] < pivot) {
                i++;

                // swap array[i] and array[j]
                int temp = array[i];
                array[i] = array[j];
                array[j] = temp;
            }
        }

        // swap array[i+1] and array[high] (or pivot)
        int temp = array[i+1];
        array[i+1] = array[high];
        array[high] = temp;

        return i + 1;
    }

    public static void main(String args[]) {
        int arr[] = {10, 7, 8, 9, 1, 5};
        int n = arr.length;

        quickSort(arr, 0, n - 1);

        System.out.println("Sorted array: ");
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            System.out.print(arr[i] + " ");
        }
    }
}

Usecase ในโลกจริง

Quick Sort ถูกใช้ในการเรียงลำดับข้อมูลจำนวนมาก เช่น ในฐานข้อมูล, ระบบการจัดการไฟล์, และแม้กระทั่งในการเรียงลำดับคอลเลกชันข้อมูลภายในภาษาโปรแกรมต่างๆ เนื่องจากความสามารถในการสลับข้อมูลได้รวดเร็ว

Complexity

Quick Sort มีเวลาการทำงานเฉลี่ย (average case time complexity) อยู่ที่ O(n log n) ซึ่งทำให้มันมีความเร็วพอๆกับ Merge Sort แต่ในกรณีที่แย่ที่สุด (worst case) เมื่อ pivot ถูกเลือกไม่ดีและไม่อาจทำให้ข้อมูลแบ่งเท่าๆกันได้ complexity ของมันกลายเป็น O(n^2) ซึ่งช้ามาก

ข้อดีและข้อเสีย

ข้อดี

- หากเลือก pivot ได้ดีและข้อมูลแบ่งออกเป็นสองส่วนที่สมดุล จะทำให้ Quick Sort ทำงานได้รวดเร็วมาก

- ไม่จำเป็นต้องใช้พื้นที่เพิ่มเติมเหมือน Merge Sort (In-place sorting)

ข้อเสีย

- ในระหว่างการทำงาน Quick Sort อาจใช้ความจำในสเต็ก (stack memory) ไปในปริมาณมากหากข้อมูลมีขนาดใหญ่

- กรณีที่แย่ที่สุดอาจทำให้เกิดประสิทธิภาพการทำงานที่ต่ำมาก

การเรียนรู้เกี่ยวกับ Quick Sort และ Algorithm อื่นๆ เป็นทักษะสำคัญที่ EPT มุ่งมั่นให้การสนับสนุน เรายินดีต้อนรับนักเรียนทุกท่านที่ต้องการพัฒนาทักษะการเขียนโค้ดและการแก้ปัญหาด้วยโลจิกการเขียนโปรแกรม อย่างมั่นใจ มาร่วมกับเราที่ EPT และปูพื้นฐานที่แข็งแกร่งในการเป็นโปรแกรมเมอร์มืออาชีพได้ตั้งแต่วันนี้!

หมายเหตุ: ข้อมูลในบทความนี้อาจจะผิด โปรดตรวจสอบความถูกต้องของบทความอีกครั้งหนึ่ง บทความนี้ไม่สามารถนำไปใช้อ้างอิงใด ๆ ได้ ทาง EPT ไม่ขอยืนยันความถูกต้อง และไม่ขอรับผิดชอบต่อความเสียหายใดที่เกิดจากบทความชุดนี้ทั้งทางทรัพย์สิน ร่างกาย หรือจิตใจของผู้อ่านและผู้เกี่ยวข้อง