Упорядочение в одномерных массивах.

Упорядочение в одномерных массивах. Задаче упорядочения или сортировке посвящены многочисленные работы математиков и программистов. Для демонстрации некоторых особенностей вложения циклов и работы с массивами рассмотрим простейшие алгоритмы сортировки. Необходимо, введя значение переменной 1<n<=100 и значения n первых элементов массива а[0],а[1 ],...,а[n-1], упорядочить эти первые элементы массива по возрастанию их значений. Текст первого варианта программы:

Результаты выполнения программы:

Обратите внимание, что при заполнении массива и при печати результатов его упорядочения индексация элементов выполнена от 1 до n, как это обычно принято в математике. В программе на Си это соответствует изменению индекса от 0 до (n-1).

В программе реализован алгоритм прямого упорядочения - каждый элемент a[i], начиная с а[0] и кончая а[n-2], сравнивается со всеми последующими, и на место a[i] выбирается минимальный. Таким образом, а[0] принимает минимальное значение, а[l] - минимальное из оставшихся и т.д. Недостаток этого алгоритма состоит в том, что в нем фиксированное число сравнений, не зависимое от исходного расположения значений элементов. Даже для уже упорядоченного массива придется выполнить то же самое количество итераций (n-1)*n/2, так как условия окончания циклов не связаны со свойствами, т.е. с размещением элементов массива.

Алгоритм попарного сравнения соседних элементов позволяет в ряде случаев уменьшить количество итераций при упорядочении. В цикле от 0 до n-2 каждый элемент a[i] массива сравнивается с последующим a[i+l] (0<i<n-l). Если a[i]>a[i+l], то значения этих элементов меняются местами. Упорядочение заканчивается, если оказалось, что a[i] не больше a[i+l] для всех i. Пусть k - количество перестановок при очередном просмотре. Тогда упорядочение можно осуществить с помощью такой последовательности операторов:

Здесь количество повторений внешнего цикла зависит от исходного расположения значений элементов массива. После первого завершения внутреннего цикла элемент а[n-1] становится максимальным. После второго окончания внутреннего цикла на место а[n-2] выбирается максимальный из оставшихся элементов и т.д. Таким образом, после j-гo выполнения внутреннего цикла элементы a[n-j],...,a[n-l] уже упорядочены, и следующий внутренний цикл достаточно выполнить только для 0<i<(n-j-l). Именно поэтому после каждого окончания внутреннего цикла значение n уменьшается на 1.

В случае упорядоченности исходного массива внешний цикл повторяется только один раз, при этом выполняется (п-1) сравнений, k остается равным 0. Для случая, когда исходный массив упорядочен по убыванию, количество итераций внешнего цикла равно (n-1), а внутренний цикл последовательно выполняется (n-1)*n/2 раз.

Имеется возможность улучшить и данный вариант алгоритма упорядочения (см., например, Кнут Д. "Искусство программирования. Т3. Сортировка и поиск". М.: Мир, 1980), однако рассмотренных примеров вполне достаточно для знакомства с особенностями применения массивов и индексированных переменных.