การจัดเรียงด้วย Merge Sort ด้วยภาษา Fortran: การศึกษาอย่างมีเหตุผล

 

 

แนะนำ Merge Sort

Merge Sort เป็นหนึ่งในอัลกอริธึมการจัดเรียงที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งทำงานโดยใช้วิธีการแบบ "แบ่งและปกครอง" (Divide and Conquer) โดยอัลกอริธึมจะทำการแบ่งข้อมูลเป็นส่วนย่อย ๆ ก่อนแล้วจึงจัดเรียงและรวม (merge) กลับเข้าด้วยกัน ผู้อ่านอาจสงสัยว่า อัลกอริธึมนี้ใช้แก้ปัญหาอะไร? คำตอบคือ Merge Sort เป็นวิธีที่ใช้ในการจัดเรียงข้อมูลที่มีประสิทธิภาพ และมักถูกใช้ในสถานการณ์ที่ต้องการการจัดเรียงข้อมูลจำนวนมาก โดยเฉพาะเมื่อชุดข้อมูลใหญ่มากจนไม่สามารถเก็บค่าในหน่วยความจำเดียวกันได้

 

หลักการทำงานของ Merge Sort

การทำงานของ Merge Sort จะแบ่งเป็น 3 ขั้นตอนหลัก ดังนี้:

1. Divide: แบ่งข้อมูลออกเป็นสองส่วน 2. Conquer: จัดเรียงแต่ละส่วนโดยใช้ Merge Sort อีกครั้ง 3. Combine: รวมข้อมูลที่ถูกจัดเรียงลงในเนื้อเดียวกัน

ด้วยลักษณะการทำงานนี้ ทำให้ Merge Sort มีประสิทธิภาพในการจัดการกับข้อมูลขนาดใหญ่ และสามารถรักษาความสมดุลในเวลาในการจัดเรียงได้

 

ตัวอย่างโค้ดด้วยภาษา Fortran

ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างโค้ดของ Merge Sort ที่ใช้ภาษา Fortran เพื่อแสดงให้เห็นว่าอัลกอริธึมนี้ทำงานได้อย่างไร:

 program MergeSortExample
    implicit none
    integer, dimension(:), allocatable :: arr
    integer :: i, n

    ! รับจำนวนสมาชิกในอาร์เรย์
    print *, "Enter the number of elements:"
    read *, n
    allocate(arr(n))

    ! รับค่าในอาร์เรย์
    print *, "Enter the elements:"
    do i = 1, n
        read *, arr(i)
    end do

    ! ทำการเรียงอาร์เรย์
    call merge_sort(arr, 1, n)

    ! แสดงผลลัพธ์
    print *, "Sorted array:"
    do i = 1, n
        print *, arr(i)
    end do
end program MergeSortExample


subroutine merge_sort(arr, left, right)
    implicit none
    integer, dimension(:) :: arr
    integer :: left, right, mid

    if (left < right) then
        mid = (left + right) / 2
        call merge_sort(arr, left, mid)
        call merge_sort(arr, mid + 1, right)
        call merge(arr, left, mid, right)
    end if
end subroutine merge_sort


subroutine merge(arr, left, mid, right)
    implicit none
    integer, dimension(:) :: arr
    integer :: left, mid, right
    integer, dimension(left:right) :: leftArr, rightArr
    integer :: i, j, k

    leftArr = arr(left:mid)
    rightArr = arr(mid+1:right)

    i = 1
    j = 1
    k = left

    do while (i <= size(leftArr) .and. j <= size(rightArr))
        if (leftArr(i) <= rightArr(j)) then
            arr(k) = leftArr(i)
            i = i + 1
        else
            arr(k) = rightArr(j)
            j = j + 1
        end if
        k = k + 1
    end do

    ! คัดลอกค่าที่เหลือจาก leftArr
    do while (i <= size(leftArr))
        arr(k) = leftArr(i)
        i = i + 1
        k = k + 1
    end do

    ! คัดลอกค่าที่เหลือจาก rightArr
    do while (j <= size(rightArr))
        arr(k) = rightArr(j)
        j = j + 1
        k = k + 1
    end do
end subroutine merge

 

Use Case ในโลกจริง

Merge Sort ถูกนำมาใช้ในหลายๆ สถานการณ์ ตัวอย่างเช่น:

- การจัดเรียงข้อมูลในฐานข้อมูลขนาดใหญ่: เมื่อต้องคัดกรองข้อมูลจำนวนมหาศาลหรือจัดเรียงข้อมูลที่อยู่ในระบบจัดการฐานข้อมูล - โปรแกรมการจัดการสถิติ: ในช่วงของการวิเคราะห์ข้อมูล อัลกอริธึมนี้เหมาะสมสำหรับการจัดเรียงและนำเสนอผลลัพธ์อย่างชัดเจน - การค้นหาในข้อมูลที่จัดเรียงแล้ว: ตามหลักการของการค้นหาข้อมูล ห้องสมุด คอลเลคชั่น ข้อมูลตั้งต้นจำเป็นต้องถูกจัดเรียงเพื่อช่วยในการค้นหาที่มีประสิทธิภาพ

 

การวิเคราะห์ความซับซ้อน (Complexity Analysis)

ความซับซ้อนในการทำงานของ Merge Sort มีลักษณะเป็นดังนี้:

- เวลา (Time Complexity): อัลกอริธึมมีความซับซ้อนเชิงเวลาอยู่ที่ O(n log n) ในทุกกรณี (Best, Average, Worst) - พื้นที่ (Space Complexity): มีความซับซ้อนเชิงพื้นที่อยู่ที่ O(n) ซึ่งหมายถึงต้องใช้พื้นที่เพิ่มขึ้นในการจัดเก็บข้อมูลระหว่างการรวม

ข้อดีของ Merge Sort

1. เสถียร: สามารถจัดเรียงข้อมูลได้อย่างมีเสถียรภาพ ซึ่งหมายความว่าข้อมูลที่มีค่าเท่ากันจะยังคงอยู่ในตำแหน่งเดิม 2. มีประสิทธิภาพในการจัดเรียงข้อมูลขนาดใหญ่: ด้วย O(n log n) เหมาะสมในการใช้งานที่ต้องจัดการข้อมูลจำนวนมาก

ข้อเสียของ Merge Sort

1. ต้องการพื้นที่หน่วยความจำเพิ่มเติม: ด้วยข้อกำหนดในการจัดเรียงข้อมูล ร้องขอพื้นที่หน่วยความจำเพิ่มเติม 2. ไม่ใช่อัลกอริธึมที่เร็วที่สุด: ในหลาย ๆ กรณี อัลกอริธึม Quick Sort อาจทำงานให้รวดเร็วกว่า

 

สรุป

Merge Sort นับเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการจัดเรียงข้อมูล และเหมาะสมในหลายกรณี แน่นอนว่าการศึกษาเพิ่มเติ่มเกี่ยวกับ Merge Sort และอัลกอริธึมการจัดเรียงอื่น ๆ จะเป็นการเปิดโอกาสให้ผู้เรียนสามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ถ้าสนใจเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการเขียนโปรแกรมและพัฒนาทักษะการจัดการข้อมูล สามารถมาศึกษาได้ที่ Expert-Programming-Tutor (EPT) โรงเรียนที่มีชื่อเสียงด้านการสอนการเขียนโปรแกรม!

เรียนรู้การเขียนโปรแกรมไม่ยาก เพียงแค่คุณพร้อมที่จะเริ่มต้น!

 

 

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