آموزش مرتب سازی ادغامی در جاوا + کدهای الگوریتم

مرتب سازی ادغامی (Merge Sort) یکی از الگوریتم‌های قدرتمند و کارآمد برای مرتب‌سازی داده‌ها است که در بسیاری از زبان‌های برنامه‌نویسی از جمله جاوا به کار می‌رود. این الگوریتم بر اساس روش تقسیم و غلبه (Divide and Conquer) عمل می‌کند و دارای پیچیدگی زمانی O(n log n) است. در این مقاله به بررسی دقیق و کامل مرتب سازی ادغامی در جاوا می‌پردازیم و کدهای مربوطه را نیز ارائه خواهیم داد.

مرتب سازی ادغامی چیست؟

مرتب سازی ادغامی یک روش مرتب‌سازی است که داده‌ها را به دو نیمه تقسیم می‌کند، هر نیمه را به صورت جداگانه مرتب می‌کند و سپس دو نیمه مرتب شده را با هم ادغام می‌کند. این فرایند به طور بازگشتی انجام می‌شود تا کل آرایه مرتب شود.

دوره آموزش جامع جاوا

کلیک کنید

چرا مرتب سازی ادغامی؟

• کارایی بالا: با پیچیدگی O(n log n)، این الگوریتم برای مجموعه داده‌های بزرگ بسیار کارآمد است.
• پایداری: مرتب سازی ادغامی یک الگوریتم پایدار است، یعنی ترتیب نسبی عناصر با مقدار مساوی حفظ می‌شود.
• استفاده گسترده: در بسیاری از برنامه‌های کامپیوتری از این الگوریتم استفاده می‌شود.

مراحل مرتب سازی ادغامی

مراحل مرتب سازی ادغامی در جاوا سر زیر آورده شده است:

1. تقسیم آرایه

در این مرحله، آرایه اصلی به دو زیرآرایه تقسیم می‌شود. این کار به صورت بازگشتی انجام می‌شود تا زمانی که هر زیرآرایه فقط شامل یک عنصر باشد.

2. مرتب سازی زیرآرایه‌ها

هر یک از این زیرآرایه‌ها به طور جداگانه مرتب می‌شوند. اگر زیرآرایه تنها یک عنصر داشته باشد، به طور خودکار مرتب است.

3. ادغام زیرآرایه‌ها

در این مرحله، زیرآرایه‌های مرتب شده با هم ادغام می‌شوند تا یک آرایه مرتب شده نهایی به دست آید.

پیشنهاد مطالعه: مدت زمان یادگیری جاوا برای حرفه‌ای شدن در آن

کد مرتب سازی ادغامی در جاوا

در اینجا کد کامل مرتب سازی ادغامی در جاوا را می‌بینید:

public class MergeSort {

    public static void main(String[] args) {

        int[] array = {38, 27, 43, 3, 9, 82, 10};

        mergeSort(array, 0, array.length - 1);

        System.out.println("Sorted array: " + Arrays.toString(array));

    }




    public static void mergeSort(int[] array, int left, int right) {

        if (left < right) {

            int middle = (left + right) / 2;




            mergeSort(array, left, middle);

            mergeSort(array, middle + 1, right);




            merge(array, left, middle, right);

        }

    }




    public static void merge(int[] array, int left, int middle, int right) {

        int n1 = middle - left + 1;

        int n2 = right - middle;




        int[] leftArray = new int[n1];

        int[] rightArray = new int[n2];




        for (int i = 0; i < n1; ++i) leftArray[i] = array[left + i];

        for (int j = 0; j < n2; ++j) rightArray[j] = array[middle + 1 + j];




        int i = 0, j = 0;

        int k = left;

        while (i < n1 && j < n2) {

            if (leftArray[i] <= rightArray[j]) {

                array[k] = leftArray[i];

                i++;

            } else {

                array[k] = rightArray[j];

                j++;

            }

            k++;

        }




        while (i < n1) {

            array[k] = leftArray[i];

            i++;

            k++;

        }




        while (j < n2) {

            array[k] = rightArray[j];

            j++;

            k++;

        }

    }

}

کد فوق از مرتب سازی ادغامی در جاوا چگونه کد کار می‌کند؟

1. تابع main

• این تابع آرایه‌ای از اعداد را تعریف می‌کند و تابع mergeSort را فراخوانی می‌کند تا آرایه را مرتب کند.

2. تابع mergeSort

• این تابع ابتدا آرایه را به دو نیمه تقسیم می‌کند. سپس به طور بازگشتی هر نیمه را مرتب می‌کند و در نهایت دو نیمه مرتب شده را ادغام می‌کند.

3. تابع merge

• این تابع دو زیرآرایه مرتب شده را دریافت کرده و آنها را با هم ادغام می‌کند تا یک آرایه مرتب شده واحد به دست آید.

مزایا و معایب مرتب سازی ادغامی

مزایای مرتب سازی ادغامی در جاوا:

• پیچیدگی زمانی مناسب: با پیچیدگی O(n log n)، این الگوریتم برای اکثر کاربردها مناسب است.
• پایداری: الگوریتم پایداری است که ترتیب نسبی عناصر مساوی را حفظ می‌کند.
• انعطاف‌پذیری: می‌توان از این الگوریتم برای مرتب‌سازی انواع مختلف داده‌ها استفاده کرد.

معایب مرتب سازی ادغامی در جاوا:

• فضای اضافی: برای ادغام زیرآرایه‌ها نیاز به فضای اضافی است که ممکن است در برخی موارد محدودیت ایجاد کند.
• پیچیدگی پیاده‌سازی: پیاده‌سازی این الگوریتم ممکن است کمی پیچیده‌تر از سایر الگوریتم‌های مرتب‌سازی باشد.

مقایسه مرتب سازی ادغامی با سایر روش‌های مرتب سازی

مقایسه زیر از مرتب سازی ادغامی با سایر روش‌های دیگر اهمیت زیادی دارد:

آموزش برنامه نویسی جاوا مقدماتی

کلیک کنید

مرتب سازی سریع (Quick Sort):

• پیچیدگی زمانی: مشابه مرتب سازی ادغامی با O(n log n) در حالت متوسط.
• پیچیدگی فضایی: مرتب سازی سریع به فضای اضافی نیاز ندارد.
• کارایی: در عمل، مرتب سازی سریع اغلب سریع‌تر از مرتب سازی ادغامی است.

مرتب سازی حبابی (Bubble Sort):

• پیچیدگی زمانی: O(n^2)، بسیار کندتر از مرتب سازی ادغامی.
• سادگی: پیاده‌سازی مرتب سازی حبابی بسیار ساده‌تر است.

مرتب سازی انتخابی (Selection Sort):

• پیچیدگی زمانی: O(n^2)، کندتر از مرتب سازی ادغامی.
• کارایی: تنها برای مجموعه داده‌های کوچک مناسب است.

پیشنهاد مطالعه: آموزش برنامه نویسی جاوا با intellij idea به صورت گام به گام

بهینه‌سازی‌های ممکن در مرتب سازی ادغامی

نکات زیر در بهینه سازی مرتب سازی ادغامی اهمیت زیادی دارند:

1. استفاده از حافظه کمتر

• با استفاده از تکنیک‌های خاص می‌توان میزان فضای اضافی مورد نیاز را کاهش داد.

2. مرتب‌سازی داخلی برای آرایه‌های کوچک

• می‌توان از الگوریتم‌های ساده‌تر مانند مرتب سازی درج (Insertion Sort) برای مرتب‌سازی بخش‌های کوچک استفاده کرد.

3. بهینه‌سازی ادغام

• استفاده از تکنیک‌های خاص برای بهینه‌سازی فرایند ادغام.

کاربردهای مرتب سازی ادغامی

از کاربردهای مرتب سازی ادغامی می‌توان موارد زیر را نام برد:

1. مرتب‌سازی فایل‌های بزرگ: مرتب سازی ادغامی به دلیل استفاده از حافظه خارجی برای مرتب‌سازی فایل‌های بزرگ بسیار مناسب است.

2. مرتب‌سازی داده‌های حساس به ترتیب: برای داده‌هایی که حفظ ترتیب نسبی آنها اهمیت دارد، مرتب سازی ادغامی انتخاب مناسبی است.

3. تحلیل داده‌ها: در بسیاری از کاربردهای تحلیل داده‌ها از مرتب سازی ادغامی استفاده می‌شود.

پرسش‌های متداول

برای تکمیل مطلب آموزش مرتب سازی ادغامی در جاوا در زیر چند پرسش و پاسخ متداول ارائه شده است:

آموزش اسپرینگ بوت در عمل (با رویکرد blocking)

کلیک کنید

مرج سورت در جاوا چیست؟

مرتب سازی ادغامی یک الگوریتم مرتب‌سازی است که داده‌ها را به دو نیمه تقسیم کرده، هر نیمه را جداگانه مرتب می‌کند و سپس دو نیمه مرتب شده را با هم ادغام می‌کند.

چرا مرتب سازی ادغامی در جاوا پرکاربرد است؟

به دلیل کارایی بالا، پایداری و استفاده گسترده در برنامه‌های مختلف، مرتب سازی ادغامی در جاوا بسیار پرکاربرد است.

تفاوت مرتب سازی ادغامی با مرتب سازی سریع چیست؟

مرتب سازی ادغامی از پیچیدگی زمانی O(n log n) برخوردار است و پایدار است، در حالی که مرتب سازی سریع به فضای اضافی نیاز ندارد و در عمل اغلب سریع‌تر است.

معایب مرتب سازی ادغامی چیست؟

نیاز به فضای اضافی و پیچیدگی پیاده‌سازی از معایب اصلی این الگوریتم محسوب می‌شود.

چگونه می‌توان مرتب سازی ادغامی را بهینه‌سازی کرد؟

با استفاده از تکنیک‌های خاص برای کاهش فضای اضافی و بهینه‌سازی فرایند ادغام می‌توان این الگوریتم را بهینه‌سازی کرد.

پیشنهاد مطالعه: ساختمان داده Collection در جاوا: راهنمای جامع

سخن پایانی

مرتب سازی ادغامی در جاوا یکی از قدرتمندترین و کارآمدترین الگوریتم‌های مرتب‌سازی است که در بسیاری از زبان‌های برنامه‌نویسی از جمله جاوا کاربرد دارد. با استفاده از این الگوریتم می‌توان مجموعه داده‌های بزرگ را به سرعت و با دقت بالا مرتب کرد. با این حال، نیاز به فضای اضافی و پیچیدگی پیاده‌سازی از معایب آن محسوب می‌شود.

برنامه‌نویسی جاوا: ساخت یک سیستم توصیه‌گر

کلیک کنید

اگر به دنبال یادگیری زبان برنامه‌نویسی جاوا هستید و می‌خواهید مهارت‌های خود را به سطح بالاتری برسانید، همین حالا به دوره‌های آموزش جاوا و آموزش برنامه نویسی در مکتب‌خونه بپیوندید! با دوره‌های جامع و کاربردی ما، نه تنها مفاهیم پایه‌ای جاوا را به‌خوبی یاد می‌گیرید، بلکه با پروژه‌های عملی و تمرینات متنوع، توانایی‌های خود را در دنیای واقعی به چالش می‌کشید. فرصت را از دست ندهید و به جمع هزاران دانشجویی که تا کنون از این دوره‌ها بهره‌مند شده‌اند، بپیوندید!