2

これは宿題用です。最終的にはこのコードを MIPS アセンブリに変換する予定ですが、それは私にとって簡単な部分です。私はこのコードを何時間もデバッグしており、教授のオフィスアワーにも行っていますが、まだクイックソートアルゴリズムを機能させることができません. これは、問題領域がどこにあると私が考えるかについての私のコメントのいくつかと一緒にコードです:

// This struct is in my .h file
typedef struct {
    // v0 points to the first element in the array equal to the pivot
    int *v0;

    // v1 points to the first element in the array greater than the pivot (one past the end of the pivot sub-array)
    int *v1;
} PartRet;

void swap(int *a, int *b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

PartRet partition(int *lo, int *hi) {
    // Will later be translating this to MIPS where 2 values can be returned. I am using a PartRet struct to simulate this.
    PartRet retval;

    // We must use the last item as the pivot
    int pivot = *hi;

    int *left = lo;

    // Take the last value before the pivot
    int *right = hi - 1;

    while (left < right) {
        while((left < hi) && (*left <= pivot)) {
            ++left;
        }

        while((right > lo) && (*right > pivot)) {
            --right;
        }

        if (left < right) {
            swap(left++, right--);
        }
    }

    // Is this correct? left will always be >= right after the while loop
    if (*hi < *left) {
        swap(left, hi);
    }

    // MADE CHANGE HERE
    int *v0 = hi;
    int *v1;

    // Starting at the left pointer, find the beginning of the sub-array where the elements are equal to the pivot
    // MADE CHANGE HERE
    while (v0 > lo && *(v0 - 1) >= pivot) {
        --v0;
    }

    v1 = v0;

    // Starting at the beginning of the sub-array where the elements are equal to the pivot, find the element after the end of this array.
    while (v1 < hi && *v1 == pivot) {
    ++v1;
    }

    if (v1 <= v0) {
        v1 = hi + 1;
    }

    // Simulating returning two values
    retval.v0 = v0;
    retval.v1 = v1;

    return retval;
}

void quicksort(int *array, int length) {
    if (length < 2) {
        return;
    }

    PartRet part = partition(array, array + length - 1);

    // I *think* this first call is correct, but I'm not sure.
    int firstHalfLength = (int)(part.v0 - array);
    quicksort(array, firstHalfLength);

    int *onePastEnd = array + length;
    int secondHalfLength = (int)(onePastEnd - part.v1);

    // I have a feeling that this isn't correct
    quicksort(part.v1, secondHalfLength);
}

オンラインのコードサンプルを使用してコードを書き直そうとしましたが、要件は lo および hi ポインターを使用することですが、これを使用しているコードサンプルは見つかりませんでした。コードをデバッグすると、特にピボットが配列内の最小の要素である場合に、一部の配列でのみコードが機能し、他の配列では機能しなくなります。

4

2 に答える 2

1

分割コードに問題があります。以下に、SSCCE コードからの 4 つの簡単なテスト出力を示します。

array1:
Array (Before):
[6]: 23 9 37 4 2 12
Array (First half partition):
[3]: 2 9 4
Array (First half partition):
[1]: 2
Array (Second half partition):
[1]: 9
Array (Second half partition):
[2]: 23 37
Array (First half partition):
[0]:
Array (Second half partition):
[1]: 23
Array (After):
[6]: 2 4 9 12 37 23


array2:
Array (Before):
[3]: 23 9 37
Array (First half partition):
[1]: 23
Array (Second half partition):
[1]: 9
Array (After):
[3]: 23 37 9


array3:
Array (Before):
[2]: 23 9
Array (First half partition):
[0]:
Array (Second half partition):
[1]: 23
Array (After):
[2]: 9 23


array4:
Array (Before):
[2]: 9 24
Array (First half partition):
[0]:
Array (Second half partition):
[1]: 9
Array (After):
[2]: 24 9

SSCCEコード

#include <stdio.h>

typedef struct
{
    int *v0;    // v0 points to the first element in the array equal to the pivot
    int *v1;    // v1 points to the first element in the array greater than the pivot (one past the end of the pivot sub-array)
} PartRet;

static void dump_array(FILE *fp, const char *tag, int *array, int size)
{
    fprintf(fp, "Array (%s):\n", tag);
    fprintf(fp, "[%d]:", size);
    for (int i = 0; i < size; i++)
        fprintf(fp, " %d", array[i]);
    putchar('\n');
}

static void swap(int *a, int *b)
{
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

static PartRet partition(int *lo, int *hi)
{
    // Will later be translating this to MIPS where 2 values can be
    // returned.  I am using a PartRet struct to simulate this.
    PartRet retval;

    // This code probably won't ever be hit as the base case in the QS
    // function will return first
    if ((hi - lo) < 1)
    {
        retval.v0 = lo;
        retval.v1 = lo + (hi - lo) - 1;
        return retval;
    }

    // We must use the last item as the pivot
    int pivot = *hi;

    int *left = lo;

    // Take the last value before the pivot
    int *right = hi - 1;

    while (left < right)
    {
        if (*left <= pivot)
        {
            ++left;
            continue;
        }

        if (*right >= pivot)
        {
            --right;
            continue;
        }

        swap(left, right);
    }

    // Is this correct? left will always be >= right after the while loop
    swap(left, hi);

    int *v0 = left;
    int *v1;

    // Starting at the left pointer, find the beginning of the sub-array
    // where the elements are equal to the pivot
    while (v0 > lo && *(v0 - 1) == pivot)
    {
        --v0;
    }

    v1 = v0;

    // Starting at the beginning of the sub-array where the elements are
    // equal to the pivot, find the element after the end of this array.
    while (v1 < hi && *v1 == pivot)
    {
        ++v1;
    }

    // Simulating returning two values
    retval.v0 = v0;
    retval.v1 = v1;

    return retval;
}

static void quicksort(int *array, int length)
{
    if (length < 2)
    {
        return;
    }

    PartRet part = partition(array, array + length - 1);

    // I *think* this first call is correct, but I'm not sure.
    int firstHalfLength = (int)(part.v0 - array);
    dump_array(stdout, "First half partition", array, firstHalfLength);
    quicksort(array, firstHalfLength);

    int *onePastEnd = array + length;
    int secondHalfLength = (int)(onePastEnd - part.v1);

    // I have a feeling that this isn't correct
    dump_array(stdout, "Second half partition", part.v1, secondHalfLength);
    quicksort(part.v1, secondHalfLength);
}

static void mini_test(FILE *fp, const char *name, int *array, int size)
{
    putc('\n', fp);
    fprintf(fp, "%s:\n", name);
    dump_array(fp, "Before", array, size);
    quicksort(array, size);
    dump_array(fp, "After", array, size);
    putc('\n', fp);
}

int main(void)
{
    int array1[] = { 23, 9, 37, 4, 2, 12 };
    enum { NUM_ARRAY1 = sizeof(array1) / sizeof(array1[0]) };
    mini_test(stdout, "array1", array1, NUM_ARRAY1);

    int array2[] = { 23, 9, 37, };
    enum { NUM_ARRAY2 = sizeof(array2) / sizeof(array2[0]) };
    mini_test(stdout, "array2", array2, NUM_ARRAY2);

    int array3[] = { 23, 9, };
    enum { NUM_ARRAY3 = sizeof(array3) / sizeof(array3[0]) };
    mini_test(stdout, "array3", array3, NUM_ARRAY3);

    int array4[] = { 9, 24, };
    enum { NUM_ARRAY4 = sizeof(array4) / sizeof(array4[0]) };
    mini_test(stdout, "array4", array4, NUM_ARRAY4);

    return(0);
}

並べ替えコードにアルゴリズムの変更を加えていません。私は単純にdump_array()関数を追加し、それに戦略的な呼び出しを行い、mini_test()関数とmain(). このような備品は非常に役立ちます。入力配列のサイズが 2 で順序が間違っている場合、分割は正しく行われますが、サイズが 2 で順序が正しい場合、分割により配列要素の位置が逆になっていることに注意してください。これは問題です!それを解決すれば、残りのほとんどが修正される可能性があります。(3 つの異なる値の) 6 つの順列すべてで、いくつかの 3 つの要素配列で遊んでください。3 つの要素と 2 つの異なる値のみ、および 3 つの要素と 1 つの値のみで遊ぶことを検討してください。

于 2013-03-27T05:26:28.823 に答える
1

注:これは、別のアプローチを見てもらうために投稿しているだけです。上記のコメント内のアルゴリズムの少なくとも1つの欠陥をすでに指摘しました。このことを考慮。

パーティショニングが統合された従来のインプレース クイックソートは通常、次のようになりますが、誰もが好みを持っているようです。簡単にするために、このようにすることを好みます(パーティションと再帰は同じプロシージャにあります)。何よりも、アセンブリへの変換はばかげて単純ですが、おそらくすでに次のことがわかります。

void quicksort(int *lo, int *hi)
{
    /* early exit on trivial slice */
    size_t len = (hi - lo) + 1;
    if (len <= 1)
        return;

    /* use hi-point for storage */
    swap(lo + len/2, hi);

    /* move everything in range below pivot */
    int *pvt=lo, *left=lo;
    for(; left != hi; ++left)
        if (*left <= *hi)
            swap(left, pvt++);

    /* this is the proper spot for the pivot */
    swap(pvt, hi);

    /* recurse sublists. do NOT include pivot slot. */
    quicksort(lo, pvt-1);
    quicksort(pvt+1, hi);
}

このアルゴリズムの唯一の実際の変数は、初期ピボット値が抽出される「スポット」を計算する方法です。現在、多くの実装ではランダム ポイントを使用しています。これは、ほぼソートされたリストに対するクイックソートのパフォーマンスの低下を分散させるのに役立つためです。

    swap(lo + (rand() % len), hi);

他の実装は、上記のアルゴリズムで行ったように、スライスの中央から要素を取得するのと同じです。

    swap(lo + len/2, hi);

一部の人々は、中間要素を取得せずにまったく交換せず、たまたまハイスロットにあるものをピボット値として使用することに興味を持っているかもしれません。これにより、コードがわずか1 行削減されますが、大きな注意点があります。ほぼソートされたリストまたは完全にソートされたリストでは、ひどいスワップ パフォーマンスが保証されます (すべてがスワップされます)。

とにかく、他に何もなければ、アルゴリズムのパーティショニング部分が何をしようとしているのかを理解するのに役立つことを願っています: リストの先頭にあるスロットのピボット値の下にあるものはすべて押し込み、リストの末尾にあるスロットより上にあるものはすべて押し込みます。 、次にそれらのパーティションに再帰しますが、何よりも、どちらのスライスの再帰にもピボット スロットを含めないでください。それはすでに必要な場所にあります (実際、その時点でそうであることが保証されている唯一のものです)。

于 2013-03-27T06:15:41.680 に答える