เข้าใจ Insertion Sort: Algorithm ที่เรียบง่ายแต่ทรงพลัง

 

ในโลกของการเขียนโปรแกรม การเรียนรู้ Algorithm ถือเป็นสิ่งสำคัญที่ช่วยให้เราเข้าใจวิธีการแก้ปัญหาได้ดีขึ้น หนึ่งใน Algorithm ที่น่าสนใจและมีประสิทธิภาพในการจัดเรียงข้อมูลคือ Insertion Sort ในบทความนี้ เราจะเรียนรู้เกี่ยวกับ Insertion Sort ว่าคืออะไร ใช้ทำอะไร มีวิธีการทำงานอย่างไร พร้อมแสดงตัวอย่างโค้ดที่เขียนด้วยภาษา Fortran และวิเคราะห์ความซับซ้อน (Complexity) อีกทั้งยังมีข้อดีและข้อเสียของ Algorithm นี้ด้วย

 

Insertion Sort คืออะไร?

Insertion Sort เป็น Algorithm สำหรับการจัดเรียงข้อมูลแบบลำดับ (Sorting algorithm) โดยวิธีการทำงานของมันจะคล้ายกับการจัดเรียงไพ่ในมือของเรา โดยจะทำการสร้างลำดับที่ถูกต้องทีละชิ้น ตั้งแต่ซ้ายไปขวา ในแต่ละครั้งที่เราเพิ่มข้อมูลใหม่เข้ามา เราจะแทรกข้อมูลเหล่านั้นในตำแหน่งที่เหมาะสม

ตัวอย่างการทำงานของ Insertion Sort เช่น หากเรามีรายชื่อหมายเลข 5, 3, 1, 4, 2 การทำงานจะเป็นดังนี้:

1. เริ่มจากหมายเลข 5 ซึ่งเป็นชุดข้อมูลแรก

2. เพิ่ม 3 เข้ามา จะเปรียบเทียบกับ 5 ต้องนำ 3 มาแทรกที่ข้างหน้า

3. เพิ่ม 1 จะไปแทรกอยู่ข้างหน้า 3

4. ทำเช่นนี้ต่อไปจนทุกหมายเลขถูกจัดเรียง

 

วิธีการทำงาน

วิธีการทำงานของ Insertion Sort นั้นง่ายมาก โดยสามารถอธิบายเป็นขั้นตอนดังนี้:

1. เริ่มจาก Index ที่ 1 จนถึง Index สุดท้าย

2. สำหรับแต่ละ Index ปัจจุบัน จะทำการเปรียบเทียบกับข้อมูลที่อยู่ซ้ายมือ

3. หากข้อมูลที่อยู่ซ้ายมือใหญ่กว่าให้เลื่อนข้อมูลไปทางขวา

4. แทรกข้อมูลปัจจุบันไว้ในตำแหน่งที่เหมาะสม

 

ตัวอย่างโค้ด Insertion Sort ในภาษา Fortran

 program insertion_sort
    implicit none
    integer, parameter :: n = 5
    integer :: arr(n) = [5, 3, 1, 4, 2]
    integer :: i, j, key

    ! Insertion Sort algorithm
    do i = 2, n
        key = arr(i)
        j = i - 1

        ! Move elements of arr(1..i-1), that are greater than key
        ! to one position ahead of their current position
        do while (j > 0 .and. arr(j) > key)
            arr(j + 1) = arr(j)
            j = j - 1
        end do
        arr(j + 1) = key
    end do

    ! Output the sorted array
    print *, "Sorted array: ", arr
end program insertion_sort

ในโค้ดนี้ เราสร้าง Array ที่มี 5 หมายเลข จากนั้นเราจะใช้ Algorithm ของ Insertion Sort เพื่อจัดเรียง Array ให้เรียบร้อย โดยใช้ลูป (loop) สองชั้นในการทำงาน

 

Use Case ของ Insertion Sort ในชีวิตจริง

Insertion Sort เหมาะกับการใช้งานในกรณีที่ข้อมูลมีขนาดเล็ก หรือข้อมูลถูกจัดเรียงแค่บางส่วนแล้ว เช่น การจัดเรียงรายการผลิตภัณฑ์ภายในร้านค้าในขณะที่ลูกค้าสั่งซื้อ โดยการเพิ่มรายการใหม่เข้าไปในระบบจะทำให้ไม่ต้องเรียงข้อมูลทั้งหมดตั้งแต่ต้น

อีกตัวอย่างหนึ่งคือ ในเกมที่มีการจัดอันดับผู้เล่นเรียงตามคะแนนสูงสุด การใช้ Insertion Sort เพื่อจัดอันดับผู้เล่นใหม่ที่มีคะแนนสูงกว่าผู้เล่นคนอื่นจะทำให้สามารถรีเฟรชอันดับผู้เล่นได้อย่างรวดเร็ว

 

Complexity ของ Insertion Sort

การวิเคราะห์ความซับซ้อนของ Insertion Sort นั้น น่าสนใจมาก โดยในด้านเวลา (Time Complexity):

- กรณีดีที่สุด (Best Case): O(n) ซึ่งจะเกิดขึ้นเมื่อข้อมูลถูกจัดเรียงอยู่แล้ว

- กรณีเฉลี่ย (Average Case): O(n²)

- กรณีแย่ที่สุด (Worst Case): O(n²) จะเกิดขึ้นเมื่อข้อมูลถูกเรียงในลำดับย้อนกลับ

ในด้านพื้นที่ (Space Complexity): O(1) เนื่องจากเมื่อตามหลักการแล้ว Insertion Sort จะทำการเรียงข้อมูลใน Array เดิม

 

ข้อดีและข้อเสียของ Insertion Sort

ข้อดี

1. ง่ายต่อการเข้าใจ: การทำงานของ Algorithm นี้มีความเรียบง่าย ค่อนข้างจะเข้าใจได้ง่าย 2. ประหยัดหน่วยความจำ: ไม่ต้องการหน่วยความจำเพิ่มเติม เนื่องจากจัดเรียงใน Array เดิม 3. เหมาะกับอาร์เรย์ขนาดเล็ก: สามารถใช้ได้ดีเมื่อทำงานกับข้อมูลขนาดเล็กหรือข้อมูลที่เกือบเรียง 4. Stable: ไม่ได้เปลี่ยนลำดับของข้อมูลที่มีค่าเท่ากัน

ข้อเสีย

1. ไม่เหมาะกับข้อมูลขนาดใหญ่: ความซับซ้อน O(n²) ทำให้ไม่เหมาะสำหรับข้อมูลขนาดใหญ่ 2. ประสิทธิภาพต่ำ: เมื่อข้อมูลมีขนาดใหญ่มาก Insertion Sort จะใช้เวลานานในการจัดเรียง

 

สรุป

Insertion Sort เป็น Algorithm ที่คลาสสิคและมีความเรียบง่าย ถึงแม้จะมีความซับซ้อนในเวลา แต่ก็สามารถใช้สำหรับการจัดเรียงข้อมูลขนาดเล็กได้ดี ซึ่งจะช่วยให้คุณเข้าใจพื้นฐานของการจัดเรียงข้อมูล และเป็นขั้นที่ดีในการศึกษาต่อไปเกี่ยวกับ Algorithm ที่ซับซ้อนมากขึ้น

หากคุณต้องการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเขียนโปรแกรม และการทำงานของ Algorithm ต่างๆ อย่าลืมพิจารณาเรียนกัที่ Expert Programming Tutor (EPT) เรามีหลักสูตรที่เหมาะสมสำหรับคุณ ช่วยให้คุณเข้าใจลึกซึ้งถึงการเขียนโปรแกรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้าน Algorithm ที่จะช่วยพัฒนาทักษะของคุณเป็นอย่างมาก!

 

 

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