Sıralama algoritması

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Atla: kullan, ara
Yığın Sıralaması'nın rastgele üretilmiş sayıları nasıl sıraladığını gösteren örnek. Algoritmanın ilk aşamasında dizinin öğeleri yığın yapısını oluşturmak için yeniden düzenlenir.

Sıralama algoritması, bilgisayar bilimlerinde ya da matematikte kullanılan, verilen bir listenin elemanlarını belirli bir sıraya sokan algoritmadır. En çok kullanılan sıralama türleri, sayı büyüklüğüne göre sıralama ve alfabetik sıralamadır. Sıralama işleminin verimli yapılması, arama ve birleştirme algoritmaları gibi çalışması için sıralanmış dizilere gereksinim duyan algoritmaların başarımının yüksek olması için önemlidir. Sıralama algoritmaları bilgisayarlarda tutulan verilerin düzenlenmesini ve insan kullanıcı tarafından daha rahat algılanmasını da sağlar.

Sıralama algoritmaları, tanımı çok yalın olmasına karşın çözümü çok karmaşık olan bir işi gerçekleştirdikleri için, üzerinde en fazla araştırma yapılan bilgisayar bilimi konularından biridir. Çoğu kişi sıralama sorununu çözülmüş bir sorun olarak görse de, yeni sıralama algoritmaları üzerinde araştırmalar sürmektedir. Örneğin kütüphane sıralaması ilk olarak 2004 yılında ortaya atılmıştır. Sıralama algoritmaları, sayılarının çok olması ve değişik yaklaşımlar sunmaları nedeniyle özellikle giriş düzeyindeki bilgisayar bilimleri derslerinde büyük O gösterimi ve veri yapıları gibi temel algoritma kavramlarının açıklanması amacıyla yaygın biçimde kullanılırlar.

Sıralama Algoritmaları[değiştir | kaynağı değiştir]

Birleştirmeli sıralama'nın rastgele üretilmiş sayıları gösteren noktaları nasıl sıraladığını gösteren örnek

Bilgisayar bilimlerinde kullanılan sıralama algoritmaları genellikle aşağıdaki ölçütlere göre sınıflandırılır:

  • Hesaplama karmaşıklığı: Dizideki öğelerin karşılaştırılmasının en iyi, ortalama ve en kötü başarımının dizinin boyutu (n) cinsinden gösterilmiş halidir. Olağan uygulamalarda sıralama algoritmalarının iyi durum başarımı O(n log n) ve kötü durum başarımı is Ω(n²)'dir. Bir sıralama algoritmasının istenen karmaşıklığı O(n)'dir. Yalnızca soyut bir anahtar karşılaştırması yapan bütün sıralama algoritmaları en kötü durumda her zaman Ω(n log n) karşılaştırma yaparlar.
  • Yer Değiştirme Karmaşıklığı (yerinde sıralama algoritmaları için).
  • Bellek (ve diğer donanım kaynaklarının) Kullanımı: Bazı sıralama algoritmaları dizinin içerdiği öğelerin dizinin saklandığı alanda sıralar. Böylece sıralanan öğeler dışında yalnızca O(1) ya da O(log n)'lik bir ek bellek alanı gerekir. Bazı algoritmalar ise verinin geçici olarak saklanması için dizinin tutulduğu alanın dışında ek bellek alanlarına gereksinim duyar.
  • Özyineleme: Bazı algoritmalar ya özyinelemeli ya da özyinelemesiz çalışırken, birleştirmeli sıralama gibi bazı algoritmalar iki biçimde de uygulanabilir
  • Kararlılık
  • Kaşılaştırma sıralaması olup olmama: Bir karşılaştırma sıralaması sıralanacak veriyi, bir karşılaştırma işlemi kullanarak, karşılaştırarak inceler.
  • Genel Yöntem: Araya sokma, değiştirme, seçme, birleştirme vb. Değiştirme sıralamalarına kabarcık sıralaması ve hızlı sıralama örnek olarak gösterilebilir. Yığın sıralaması ise seçme sıralamalarındandır.

Kararlılık[değiştir | kaynağı değiştir]

Kararlı sıralama algoritmaları sıralanacak dizinin içinde değerleri birbirine eşit olan öğerlerin birbirlerine göre olan konulmlarını korur. Başka bir deyişle, bir sıralama algoritması kararlı olduğunda, eğer R ve S gibi içerdiği değer aynı olan iki öğe bulunduran asıl dizide, R, S' den önce geliyorsa, sıralanmış dizide de R, S'den önce olur.

Dizinin içinde birbirine eşit değerler içeren öğeler birbirlerinden ayırt edilemiyorsa (örneğin sayılar ya da harfler gibi değerler öğenin kendisini oluşturuyor ise) kararlılık bir sorun değildir. Ancak aşağıda gösterildiği gibi sayı çiftleri, her çiftin virgülden önceki sayısına göre sıralanacağı düşünülürse kararlılık sorunu ortaya çıkar.

(4, 1)  (3, 7)  (3, 1)  (5, 6)

Bu durumda, 2 değişik sonuç mümkündür; ilk çözüm sıralama anahtarlarının değerleri aynı olan öğelerinin sırasını korur, ikincisi ise korumaz:

(3, 7)  (3, 1)  (4, 1)  (5, 6)   (sıra korunmuş)
(3, 1)  (3, 7)  (4, 1)  (5, 6)   (sıra değişmiş)

Kararsız sıralama algoritmaları sıralama anahtarlarının değerleri aynı olan öğelerin dizi içindeki sırasını değiştirebilir ancak kararlı sıralama algoritmaları asla değiştirmez. Kararsız sıralama algoritmaları özellikle kararlı olacak biçimde uygulanabilir. Bunu yapmanın bir yolu yapay olarak anahtar karşılaştırmasını anahtlarının değerleri birbirine eşit olan iki öğenin durumunu belirlemek için asıl listedeki konumlarını ölçüt olarak kullanacak biçimde genişletmektir. Ancak asıl dizideki öğre sırasının hatırlanması çoğu zaman ek saklama alanı gerektirir.

Sıralama Algoritmalarının Listesi[değiştir | kaynağı değiştir]

Aşağıdaki tablolarda n dizideki sıralanacak olan eleman sayısını gösterir. "Ortalama" ve "En Kötü" kolonları ilgili durumlardaki karmaşıklığı, "Bellek" kolonu ise listenin sıralanabilmesi için listenin bellekte kapladığı alandan ne kadar daha fazla saklama alanı gerektiğini gösterir.

Karşılaştırma ile Sıralayan Sıralama Algoritmaları[değiştir | kaynağı değiştir]

Adı Ortalama En Kötü Bellek Kararlı mı? Yöntem Diğer Açıklamalar
Kabarcık Sıralaması O(n²) O(1) Evet Değiştirme
Kokteyl Sıralaması O(n²) O(1) Evet Değiştirme
Tarak Sıralaması O(n log n) O(n log n) O(1) Hayır Değiştirme Küçük boyutta kodla uygulanabilir
Cüce Sıralaması O(n²) O(1) Evet Değiştirme
Seçmeli Sıralama O(n²) O(n²) O(1) Hayır Seçme Kararlı bir sıralama olarak uygulanabilir
Eklemeli Sıralama O(n + d) O(n²) O(1) Evet Ekleme d ters çevirme sayısıdır ve O(n²)'dir
Shell Sıralaması O(n log² n) O(1) Hayır Ekleme
Ağaç Sıralaması O(n log n) O(n log n) O(n) Evet Ekleme Kendini dengeleyen bir ikili arama ağacında kullanıldığında
Kütüphane Sıralaması O(n log n) O(n²) O(n) Evet Ekleme
Birleştirmeli Sıralama O(n log n) O(n log n) O(n) Evet Birleştirme
Yerinde Birleştirmeli Sıralama O(n log n) O(n log n) O(1) Evet Birleştirme Örnek uygulamasını gösteren sayfa: [1]
Yığın Sıralaması O(n log n) O(n log n) O(1) Hayır Seçme
Rahat Sıralama O(n log n) O(1) Hayır Seçme
Hızlı Sıralama O(n log n) O(n²) O(log n) Hayır Bölümlendirme Yalın uygulamaları O(n) kadar bir alan kullanır; ortada bir pivot kullanılırsa en kötü durumda O(n log n) olabilir
İçgözlemle Sıralama O(n log n) O(n log n) O(log n) Hayır Melez Standart Şablon Kütüphanelerinin çoğunda kullanılır
Sabır Sıralaması O(n²) O(n) Hayır Ekleme O(n log n) zamanda bütün en uzun artan altdizileri bulur
İplik Sıralaması O(n log n) O(n²) O(n) Evet Seçme
Hızlı Sıralama'nın uygulanması sırasındaki davranışı. Yatay çizgiler seçilen pivot elemanları gösterir.
Kabarcık sıralaması'nın rastgele üretilmiş sayıları nasıl sıraladığını gösteren bir örnek
Eklemeli Sıralama'nın rastgele üretilmiş sayıları nasıl sıraya dizdiğini gösteren bir örnek.

Karşılaştırmadan Sıralayan Sıralama Algoritmaları[değiştir | kaynağı değiştir]

Aşağıdaki tablo karşılaştırma kullanmadan sıralama yapan sıralama algoritmalarını göstermektedir. Bu algoritmalar karşılaştırma yapmadıkları için karmaşıklıklarınınO(n log n) gibi bir alt sınırı yoktur. Tabloda gösterilen karmaşıklıklar sıralanacak listedeki eleman sayısı (n), her bir anahtarın boyutu (k) ve uygulama tarafından kullanılan parça boyutu (k) cinsiden yazılmıştır. Algoritmaların pek çoğu anahtar boyutunun bütün satırlarda özgün anahtar değerleri olmasını sağlayacak kadar büyük ve n << 2k ('<<' = "çok daha küçük") olduğunu varsayar.

Adı Ortalama En Kötü Bellek Kararlı mı? n << 2k ? Diğer Açıklamalar
Güvercin Yuvası Sıralaması O(n+2k) O(n+2k) O(2k) Evet Evet
Kova Sıralaması O(nk) O(n²•k) O(nk) Evet Hayır Elemanların dizide düzenli olarak dağıldığını varsayar.
Sayarak Sıralama O(n+2k) O(n+2k) O(n+2k) Evet Evet
En anlamsız Basamağa göre sıralama O(nk/s) O(nk/s) O(n) Evet Hayır
En anlamlı Basamağa göre sıralama O(nk/s) O(n•(k/s)•2s) O((k/s)•2s) Hayır Hayır
Spreadsort O(nk/log(n)) O(n•(k - log(n)).5) O(n) Hayır Hayır Asimtotlar n << 2k varsayımına dayanır, ancak algoritmanın buna gereksinimi yoktur.

Verimsiz Sıralama Algoritmaları[değiştir | kaynağı değiştir]

Aşağıdaki tablo çok verimsiz oldukları ya da özel bir donanım gerektirdikleri için gerçek hayatta kullanılması olumlu sonuçlar vermeyecek sıralama algoritmalarını göstermektedir.

Adı Ortalama En Kötü Bellek Kararlı mı? Karşılaştırma sıralaması mı? Diğer Açıklamalar
Saçma sıralama O(n × n!) O(1) Hayır Evet Knuth karıştırması kullanılarak ortalama zamanı
Rastgele değiştirmeli sıralama O(n × n!) O(1) Hayır Evet Ortalama zamanı sonuşmayan biçimde saçma sıralamanın yarısıdır
Stooge sort O(n2.71) O(n2.71) O(log n) Hayır Evet
Bead sort N/A N/A N/A Hayır Özel donanım gerektirir
Simple pancake sort O(n) O(n) O(log n) Hayır Evet Sayı, yapılan değişiklik sayısıdır
Sorting networks O(log n) O(log n) O(n•log n) Evet Hayır O(n•log n) boyutunda özel bir devre gerektirir

Ayrıca bakınız[değiştir | kaynağı değiştir]

Dış bağlantılar[değiştir | kaynağı değiştir]