รู้จักกับ Quick Sort: การเรียงลำดับข้อมูลที่รวดเร็วใน MATLAB

 

การเรียงลำดับข้อมูล (Sorting) เป็นหนึ่งในปัญหาพื้นฐานที่เราเจอในโลกแห่งการเขียนโปรแกรม และหากเราพูดถึงเทคนิคการเรียงลำดับที่มีประสิทธิภาพและเป็นที่นิยม หนึ่งในนั้นจะต้องมี "Quick Sort" ที่ถือเป็นหนึ่งในอัลกอริธึมที่รวดเร็วที่สุดในการจัดเรียงข้อมูล โดยเฉพาะเมื่อจัดการกับชุดข้อมูลขนาดใหญ่ ในบทความนี้เราจะมาทำความรู้จักกับ Quick Sort พร้อมข้อมูลเกี่ยวกับ Complexity การใช้งานในโลกจริง และตัวอย่างโค้ดในภาษา MATLAB

 

Quick Sort คืออะไร?

Quick Sort คืออัลกอริธึมการเรียงลำดับชนิด "divide and conquer" ซึ่งทำงานโดยการเลือก "pivot" ซึ่งเป็นสมาชิกหนึ่งในอาเรย์ จากนั้นจะแบ่งข้อมูลออกเป็น 2 ส่วน ได้แก่ ส่วนที่น้อยกว่า pivot และส่วนที่มากกว่า pivot สุดท้ายเราจัดเรียงทั้งสองส่วนนี้อีกครั้ง โดยการทำซ้ำไปเรื่อย ๆ จนกว่าจะได้ชุดข้อมูลที่เรียงลำดับเรียบร้อย

โดยทั่วไปอัลกอริธึมนี้มีขั้นตอนการทำงานคือ:

1. เลือก pivot จากอาเรย์

2. แบ่งอาเรย์ออกเป็น 2 ส่วน ตามค่าของ pivot

3. เรียกใช้ Quick Sort สำหรับทั้ง 2 ส่วน

4. รวมผลลัพธ์กลับเข้าด้วยกัน

 

ตัวอย่างโค้ด Quick Sort ใน MATLAB

เราจะมาดูตัวอย่างโค้ดในการเขียน Quick Sort ด้วยภาษา MATLAB โดยเริ่มจากการสร้างฟังก์ชันสำหรับการเรียงลำดับ:

 function sortedArray = quickSort(array)
    if length(array) < 2
        sortedArray = array; % ถ้าไม่มีสมาชิกหรือมีแค่สมาชิกเดียว คืนค่าอาเรย์เดิม
    else
        pivot = array(1); % เลือก pivot เป็นสมาชิกแรกของอาเรย์
        lesser = array(array < pivot); % สมาชิกที่น้อยกว่า pivot
        greater = array(array > pivot); % สมาชิกที่มากกว่า pivot
        % เรียงลำดับอาเรย์ที่ประกอบด้วยสมาชิกน้อยกว่าและมากกว่า pivot
        sortedArray = [quickSort(lesser), pivot, quickSort(greater)];
    end
end

ในการเรียกใช้ฟังก์ชันนี้ เราสามารถทำได้ง่ายมาก เช่น:

 unsortedArray = [5, 3, 8, 1, 4];
sortedArray = quickSort(unsortedArray);
disp(sortedArray); % แสดงผล: 1 3 4 5 8

 

การใช้งานในโลกจริง

Quick Sort ถูกนำไปใช้ในหลายสถานการณ์ ไม่ว่าจะเป็นการจัดเรียงข้อมูลในฐานข้อมูล การจัดเก็บข้อมูลในคอมพิวเตอร์ การสร้างเทรนด์การเรียนรู้ของเครื่อง (Machine Learning) และแม้แต่การปรับให้เข้ากับการใช้งานใน GUI ซึ่งจะทำให้ข้อมูลถูกเรียงลำดับอย่างรวดเร็ว และเหมาะกับการตอบสนองต่อผู้ใช้

ยกตัวอย่างกรณีการใช้ในฐานข้อมูล เมื่อผู้ใช้งานสั่งค้นหาข้อมูลในจำนวนมาก Quick Sort สามารถช่วยจัดเรียงข้อมูลเหล่านี้ให้อยู่ในลำดับที่เหมาะสม โดยทำให้การค้นหาข้อมูลซึ่งใช้เทคนิคการค้นหาบนข้อมูลที่เรียงลำดับแล้วทำได้เร็วขึ้น

 

การวิเคราะห์ Complexity

- เวลา Complexity: Quick Sort มีเวลา Complexity เฉลี่ยอยู่ที่ O(n log n) ซึ่งถือว่ามีประสิทธิภาพมากในการจัดการข้อมูลขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่ข้อมูลถูกเรียงไว้แล้ว (best case) จะยังคง O(n log n) แต่ถ้าหากข้อมูลถูกเรียงในลำดับเดียวกัน (worst case) เช่น เมื่อเลือก pivot เป็นสมาชิกที่น้อยที่สุดหรือมากที่สุด จะทำให้เวลา Complexity กลายเป็น O(n^2)

- พื้นที่ Complexity: Quick Sort มีพื้นที่ Complexity อยู่ที่ O(log n) สำหรับการเรียกใช้งานฟังก์ชันซ้ำ (recursive calls) เนื่องจากจะต้องใช้ stack สำหรับการเก็บ state ของการเรียกใช้งานฟังก์ชัน

 

ข้อดีและข้อเสีย

ข้อดี

1. เร็ว: Quick Sort มีเวลาการทำงานที่เร็วเมื่อเทียบกับอัลกอริธึมการเรียงลำดับอื่น ๆ เช่น Bubble Sort หรือ Insertion Sort 2. ไม่ต้องจองพื้นที่: Quick Sort ไม่ต้องใช้พื้นที่เก็บข้อมูลชั่วคราวมากนัก 3. สามารถประยุกต์ใช้ได้ง่าย: สามารถปรับแต่งได้ตามความต้องการ และสามารถใช้ในโครงการขนาดใหญ่

ข้อเสีย

1. เวลา Worst Case: อาจทำงานช้าลงในกรณีที่ไม่เหมาะสม 2. ควมซับซ้อนในการ Implement: การเขียนโค้ด Quick Sort อาจมีความซับซ้อนกว่าอัลกอริธึมการเรียงลำดับแบบง่าย 3. ไม่เสถียร: Quick Sort เป็นอัลกอริธึมการเรียงลำดับที่ไม่เสถียรมากนัก

 

สรุป

แม้ว่า Quick Sort จะมีข้อดีและข้อเสียอยู่บ้าง แต่ก็ยังถือเป็นอัลกอริธึมการเรียงลำดับที่มีประสิทธิภาพและนำไปใช้ได้อีกมากมาย มันไปช่วยให้การดำเนินการคอมพิวเตอร์ รวมถึงการใช้งานในหลายสาขา เช่น ฐานข้อมูล และ Machine Learning นั้นรวดเร็วมากขึ้น

หากคุณสนใจที่จะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการเขียนโปรแกรม หรือหากต้องการพัฒนาทักษะในการใช้ Quick Sort และอัลกอริธึมอื่น ๆ ลองมาศึกษากับเราได้ที่ EPT (Expert-Programming-Tutor) ซึ่งจะเปิดโอกาสให้คุณเข้าใจศาสตร์แห่งการเขียนโปรแกรมอย่างลึกซึ้ง และสามารถใช้ความรู้ที่ได้ไปประยุกต์ใช้งานในโลกจริงได้อย่างมีประสิทธิภาพ!

 

 

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