รู้จัก Merge Sort: อัลกอริธึมการเรียงลำดับที่ทรงพลังในภาษา Scala

 

การเรียงลำดับ (Sorting) เป็นหนึ่งในปัญหาพื้นฐานที่สำคัญในศาสตร์คอมพิวเตอร์ เมื่อเราผลิตข้อมูลในรูปแบบที่ไม่เรียงลำดับ เราจำเป็นต้องหาวิธีการที่จะเรียงมันใหม่อันเพื่อให้การค้นหาหรือประมวลผลข้อมูลในอนาคตทำได้ง่ายและรวดเร็วขึ้น Merge Sort เป็นหนึ่งในอัลกอริธึมการเรียงลำดับที่มีความนิยมและมีประสิทธิภาพสูง

 

Merge Sort คืออะไร?

Merge Sort เป็นอัลกอริธึมการเรียงลำดับแบบแบ่งและพิชิต (Divide and Conquer) มันทำงานโดยการแบ่งข้อมูลออกเป็นกลุ่มย่อย ๆ ที่เล็กลง จนกระทั่งถึงจุดที่แต่ละกลุ่มมีเพียงแค่หนึ่งสมาชิก (ซึ่งถือว่าเรียงลำดับแล้ว) จากนั้นจึงจะทำการ "รวม" กลุ่มเล็ก ๆ เหล่านั้นเข้าด้วยกัน โดยทำการเรียงลำดับในขั้นตอนนี้

 

การทำงานของ Merge Sort

1. แบ่งข้อมูล: แบ่งข้อมูลออกเป็นสองส่วนเท่า ๆ กัน 2. เรียงลำดับย่อย: เรียงลำดับสองส่วนนี้อย่างแยกจากกัน 3. รวมและเรียงลำดับ: รวมสองส่วนที่ผ่านการเรียงลำดับแล้วเข้าด้วยกัน เพื่อให้ได้ข้อมูลที่เรียงลำดับเสร็จสิ้น

 

ตัวอย่างโค้ดด้วยภาษา Scala

มาดูตัวอย่างโค้ด Merge Sort ในภาษา Scala กันดีกว่า:

 object MergeSort {

  def mergeSort(arr: Array[Int]): Array[Int] = {
    if (arr.length <= 1) return arr

    val mid = arr.length / 2
    val left = mergeSort(arr.slice(0, mid))
    val right = mergeSort(arr.slice(mid, arr.length))

    merge(left, right)
  }

  def merge(left: Array[Int], right: Array[Int]): Array[Int] = {
    var result = Array[Int]()
    var i = 0
    var j = 0

    while (i < left.length && j < right.length) {
      if (left(i) <= right(j)) {
        result :+= left(i)
        i += 1
      } else {
        result :+= right(j)
        j += 1
      }
    }

    // Add the remaining elements
    while (i < left.length) {
      result :+= left(i)
      i += 1
    }
    while (j < right.length) {
      result :+= right(j)
      j += 1
    }

    result
  }

  def main(args: Array[String]): Unit = {
    val arr = Array(38, 27, 43, 3, 9, 82, 10)
    val sortedArr = mergeSort(arr)
    println("Sorted Array: " + sortedArr.mkString(", "))
  }
}

เมื่อรันโปรแกรมนี้ จะมีการเรียงลำดับอาเรย์ที่ไม่เรียงลำดับเป็น 3, 9, 10, 27, 38, 43, 82

 

Use Case ในโลกจริง

Merge Sort ใช้ในหลาย ๆ สถานการณ์ ตั้งแต่การเรียงลำดับข้อมูลในฐานข้อมูลไปจนถึงการเขียนโปรแกรมเพื่อแก้ไขปัญหาข้อมูลที่ใหญ่ขึ้น ตัวอย่างเช่น:

- การจัดการข้อมูลขนาดใหญ่ (Big Data): Merge Sort เหมาะสำหรับการเรียงลำดับข้อมูลขนาดใหญ่ เนื่องจากสามารถจัดการกับข้อมูลที่ไม่สามารถเก็บในหน่วยความจำได้ทั้งหมด โดยใช้แนวทางการอ่านข้อมูลเป็นส่วน ๆ และทำการเรียงลำดับก่อนที่จะรวมกันเป็นข้อมูลที่เรียงลำดับแล้ว - การเรียงลำดับในระบบปฏิบัติการ: การจัดการกับการใช้ CPU และการเข้าถึงข้อมูลสามารถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้ Merge Sort ในการเรียงลำดับคิวของกระบวนการต่าง ๆ

 

การวิเคราะห์ Complexity

การทำงานของ Merge Sort มีความซับซ้อนทางเวลา (Time Complexity) เป็น O(n log n) ซึ่งถือว่ามีประสิทธิภาพสูงกว่าอัลกอริธึมการเรียงลำดับแบบง่ายบางตัว เช่น Bubble Sort หรือ Insertion Sort ที่มีความซับซ้อน O(n^2) ในกรณีเลวร้าย

ในแง่ของการใช้งานหน่วยความจำ (Space Complexity) Merge Sort จะใช้หน่วยความจำเพิ่มเติมคือ O(n) เนื่องจากต้องการสร้างอาเรย์ใหม่ในระหว่างกระบวนการรวมข้อมูล

 

ข้อดีและข้อเสียของ Merge Sort

ข้อดี:

1. รองรับข้อมูลขนาดใหญ่ได้ ซึ่งทำให้ไม่ต้องพึ่งพาหน่วยความจำมากเกินไป

2. มีความซับซ้อนเชิงเวลา คงที่ O(n log n) ทั้งในกรณีที่ดีที่สุดและเลวร้าย

3. เป็นอัลกอริธึมที่มีเสถียรภาพ (Stable Sort) ซึ่งจะไม่เปลี่ยนลำดับของสมาชิกที่มีค่าเท่ากัน

ข้อเสีย:

1. ใช้หน่วยความจำเพิ่มเติม O(n) ซึ่งอาจไม่เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีข้อจำกัดหน่วยความจำ

2. อาจช้ากว่าอัลกอริธึมเรียงลำดับที่ง่ายกว่าในข้อมูลที่มีขนาดเล็ก

 

สรุป

Merge Sort เป็นอัลกอริธึมการเรียงลำดับที่มีความสำคัญและมักถูกนำมาใช้ในหลาย ๆ สถานการณ์ในโลกความจริง ด้วยการทำงานที่มีประสิทธิภาพและความสูงของความแน่นอน อัลกอริธึมนี้จึงเป็นแนวทางที่ดีในการเรียนรู้ programming techniques

หากคุณกระหายที่จะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการเขียนโปรแกรมต่าง ๆ และต้องการพัฒนาในสายวิชานี้ EPT (Expert-Programming-Tutor) คือสถานที่ที่เหมาะสำหรับคุณ! มาร่วมเรียนรู้การเขียนโปรแกรมและสร้างโอกาสในอนาคตของคุณไปด้วยกันที่ EPT!

 

 

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