DTS11-15/09/2552

สรุปบทเรียนครั้งที่ 11

เรื่อง Sorting

การเรียงลำดับแบบเร็ว(Quick Sort)
การเรียงลำดับในลักษณะนี้ เป็นการปรับปรุงมาจากการเรียงลำดับแบบ Bubble เพื่อให้การเรียงลำดับเร็วขึ้น วีธีนี้เหมาะกับการเรียงข้อมูลที่มีจำนวนมาก หรือมีขนาดใหญ่ และเป็นวิธีการเรียงข้อมูลที่ให้ค่าเฉลี่ยของเวลาน้อยที่สุดเท่าที่ค้นพบวิธีหนึ่งการเรียงลำดับแบบ Quick Sortจะเป็นการเปรียบเทียบสมาชิกที่ไม่อยู่ติดกัน โดยกำหนดข้อมูลค่าหนึ่ง เพื่อแบ่งชุดข้อมูลที่ต้องการเรียงลำดับออกเป้น 2 ส่วน จากนั้นก็จะทำการแบ่งย่อยชุดข้อมูล 2 ส่วนนั้นลงไปอีก ทำแบบนี้ไปเรื่อยๆจนข้อมูลแต่ละชุดมีสมาชิกเหลือเพียงตัวเดียวและทำให้ชุดข้อมูลทั้งหมดมีการเรียงลำดับ

การเรียงลำดับแบบแทรก(Insertion Sort)
การเรียงลำดับที่ง่ายไม่ซับซ้อน เป็นการนำข้อมูลใหม่เพิ่มเข้าไปในชุดข้อมูลที่มีการเรียงลำดับอยู่แล้ว โดยข้อมูลใหม่ที่นำเข้ามาจะแทรกอยู่ในตำแหน่งทางขวาของชุดข้อมูลเดิม และยังคงทำให้ข้อมูลทั้งหมดมีการเรียงลำดับ

การเรียงลำดับแบบฐาน (radix sort)
เป็นการเรียงลำดับโดยการพิจารณาข้อมูลทีละหลัก เริ่มพิจารณาจากหลักที่มีค่าน้อยที่สุดก่อน นั่นคือถ้าข้อมูลเป็นเลขจำนวนเต็มจะพิจารณาหลักหน่วยก่อน การจัดเรียงจะนำข้อมูลเข้ามาทีละตัว แล้วนำไปเก็บไว้ที่ซึ่งจัดไว้สำหรับค่านั้น เป็นกลุ่ม ๆ ตามลำดับการเข้ามา

DTS10-08/09/2552

สรุปบทเรียนครั้งที่ 10

ต่อจากครั้งที่ 9
เรื่อง กราฟ (Graph)
การท่องไปในกราฟ (graph traversal)คือ การเข้าไปเยือนโหนดในกราฟ หลักการทำงาน คือ แต่ละโหนดจะถูกเยือนเพียงครั้งเดียว เพื่อไม่ให้เข้าไปเยือนอีก สำหรับเทคนิคการท่องไปในกราฟมี 2 แบบ ดังนี้
1.การท่องแบบกว้าง (Breadth First Traversal) วิธีนี้ทำโดยเลือกโหนดที่เป็นจุดเริ่มต้น ต่อมาเยือนโหนดอื่นที่ใกล้กันกับโหนดเริ่มต้นทีละระดับจนกระทั่งเยือนหมดทุกโหนดในกราฟ
2.การท่องแบบลึก (Depth First Traversal) การทำงานคล้ายกับการท่องทีละระดับของทรี โดยกำหนดเริ่มต้นที่โหนดแรกและเยือนโหนดถัดไปตามแนววิถีนั้นจนกระทั่งนำไปสู่ปลายทางวิถีนั้น จากนั้นย้อนกลับตามแนววิถีเดิม จนกระทั่งสามารถดำเนินการต่อเนื่องเข้าสู่แนววิถีอื่น ๆ เพื่อเยือนโหนดอื่น ๆ ต่อไปจนครบทุกโหนด

เรื่อง Sorting
การเรียงลำดับ (sorting) เป็นการจัดให้เป็นระเบียบ มีแบบแผน ช่วยให้การค้นหาสิ่งของหรือข้อมูล สามารถทำได้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพ

การเรียงลำดับอย่างมีประสิทธิภาพ
หลักเกณฑ์ในการพิจารณาเพื่อเลือกวิธีการเรียงลำดับที่ดีและเหมาะสมกับระบบงาน เพื่อให้มีประสิทธิภาพในการทำงานสูงสุด ควรจะต้องคำนึงถึงสิ่งต่าง ๆ ดังต่อไปนี
1.เวลาและแรงงานที่ต้องใช้ในการเขียนโปรแกรม
2.เวลาที่เครื่องคอมพิวเตอร์ต้องใช้ในการทำงานตามโปรแกรมที่เขียน
3.จำนวนเนื้อที่ในหน่วยความจำหลักมีเพียงพอหรือไม่วิธีการเรียงลำดับ มีหลายวิธีที่สามารถใช้ในการเรียงลำดับข้อมูลได้

วิธีการเรียงลำดับแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
1.การเรียงลำดับภายใน (internal sorting) เป็นการเรียงลำดับที่ข้อมูลทั้งหมดต้องอยู่ในหน่วยความจำหลัก2.การเรียงลำดับแบบภายนอก (external sorting) เป็นการเรียนลำดับข้อมูลที่เก็บอยู่ในหน่วยความจำสำรอง เป็นการเรียงลำดับข้อมูลในแฟ้มข้อมูล (file)

การเรียงลำดับแบบเลือก (selection sort)
ทำการเลือกข้อมูลจะอยู่ทีละตัว โดยทำการค้นหาข้อมูลในแต่ละรอบแบบเรียงลำดับ ถ้าเป็นการเรียงลำดับจากน้อยไปมาก
1.ในรอบแรกจะทำการค้นหาข้อมูลตัวที่มีค่าน้อยที่สุดมาเก็บไว้ที่ตำแหน่งที่ 1
2.ในรอบที่สองนำข้อมูลตัวที่มีค่าน้อยรองลงมาไปเก็บไว้ที่ตำแหน่งที่สอง
3.ทำแบบนี้ไปเรื่อยๆ จนครบทุกค่า ในที่สุดจะได้ข้อมูลเรียงลำดับจากน้อยไปมากตามที่ต้องการ

การจัดเรียงลำดับแบบเลือกเป็นวิธีที่ง่ายและตรงไปตรงมา แต่มีข้อเสียตรงที่ใช้เวลาในการจัดเรียงนาน เพราะแต่ละรอบต้องเปรียบเอียบกับข้อมูลทุกตัว

การเรียงลำดับแบบฟอง (Bubble Sort)
เป็นวิธีการเรียงลำดับที่มีการเปรียบเทียบข้อมูลในตำแหน่งที่อยู่ติดกัน
1.ถ้าข้อมูลทั้งสองไม่อยู่ในลำดับที่ถูกต้องให้สลับตำแหน่งที่อยู่กัน
2.ถ้าเป็นการเรียงลำดับจากน้อยไปมากให้นำข้อมูลตัวที่มีค่าน้อยกว่าอยู่ในตำแหน่งก่อนข้อมูลที่มีค่ามาก ถ้าเป็นการเรียงลำดับจากมากไปน้อยให้นำข้อมูล ตัวที่มีค่ามากกว่าอยู่ในตำแหน่งก่อนข้อมูลที่มีค่าน้อยการจัดเรียงลำดับแบบฟองเป็นวิธีที่ไม่ซับซ้อนมาก เป็นวิธีการเรียงลำดับที่นิยมใช้กันมากเพราะมีรูปแบบที่เข้าใจง่าย

DTS09-01/09/2552

สรุปบทเรียนครั้งที่ 9

ต่อจากครั้งที่ 8 Tree

เอ็กซ์เพรสชันทรี (Expression Tree)เป็นการนำเอาโครงสร้างทรีไปใช้เก็บนิพจน์ทางคณิตศาสตร์โดยเป็นไบนารีทรี ซึ่งแต่ละโหนดเก็บตัวดำเนินการ (Operator) และและตัวถูกดำเนินการ(Operand) ของนิพจน์คณิตศาสตร์นั้น ๆ ไว้ หรืออาจจะเก็บค่านิพจน์ทางตรรกะ (Logical Expression)นิพจน์เหล่านี้เมื่อแทนในทรีต้องคำนึงลำดับขั้นตอนในการคำนวณตามความสำคัญของเครื่องหมายด้วยโดยมีความสำคัญตามลำดับดังนี้
- ฟังก์ชัน

- วงเล็บ

- ยกกำลัง

- เครื่องหมายหน้าเลขจำนวน (unary)

- คูณ หรือ หาร

- บวก หรือ ลบ

- ถ้ามีเครื่องหมายที่ระดับเดียวกัน ให้ทำจากซ้ายไปขวา การแทนนิพจน์ในเอ็กซ์เพรสชันทรี ตัวถูกดำเนินการจะเก็บอยู่ที่โหนดใบ ส่วนตัวดำเนินการจะเก็บในโหนดกิ่ง หรือโหนดที่ไม่ใช่โหนดใบ เช่น นิพจน์ A + B สามารถแทนในเอ็กซ์เพรสชันทรีได้ดังนี้

กราฟ (Graph)
เป็นโครงสร้างข้อมูลไม่เป็นเชิงเส้น กราฟเป็นโครงสร้างข้อมูลที่มีการนำไปใช้ในงานที่เกี่ยวข้องกับการปัญหาค่อนข้างซับซ้อน เช่น การวางข่าย งานคอมพิวเตอร์ การวิเคราะห์เส้นทางวิกฤติ และปัญหาเส้นทางที่สั้นที่สุด เป็นต้น

นิยามของกราฟ

กราฟ เป็นโครสร้างข้อมูบแบบไม่ใช่เชิงเส้น ที่ประกอบ ด้วยกลุ่มของสิ่งสองสิ่งคือ
(1) โหนด (Nodes) หรือ เวอร์เทกซ์(Vertexes)
(2) เส้นเชื่อมระหว่างโหนด เรียก เอ็จ (Edges)
กราฟที่มีเอ็จเชื่อมระหว่างโหนดสองโหนดถ้าเอ็จไม่มีลำดับ ความสัมพันธ์จะเรียกกราฟนั้นว่ากราฟแบบไม่มีทิศทาง (Undirected Graphs)และถ้ากราฟนั้นมีเอ็จที่มีลำดับความสัมพันธ์หรือมีทิศทางกำกับด้วยเรียกกราฟนั้นว่า กราฟแบบมีทิศทาง(Directed Graphs)บางครั้งเรียกว่า ไดกราฟ (Digraph)

การเขียนกราฟเพื่อแสดงให้เห็นความสัมพันธ์ ของสิ่งที่เราสนใจแทนโหนดด้วย จุด (pointes) หรือวงกลม (circles)

ความเเตกต่างกับโครงสร้างทรี คือ
โดยทรีเป็นกราฟอะไซคลิกที่ไม่มีการวนลูป และการวนถอยกลับ เป็นกราฟเชื่อมกันที่มีเพียงเอจเดียวระหว่างสองโหนด กราฟเป็นโครงสร้างข้อมูลประเภทหนึ่งที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่าง vertex(โหนด) และ edge(เส้นเชื่อม) กราฟจะประกอบด้วยกลุ่มของ vertex ซึ่งแสดงในกราฟด้วยสัญลักษณ์รูปวงกลม และ กลุ่มของ edge (เส้นเชื่อมระหว่าง vertex) ใช้แสดงถึงความสัมพันธ์ระหว่าง vertex หากมี vertex ตั้งแต่ 2 vertex ขึ้นไปมีความสัมพันธ์กัน ใช้สัญลักษณ์เส้นตรงซึ่งอาจมีหัวลูกศร หรือไม่มีก็ได้

การแทนกราฟในหน่วยความจำ
ในการปฏิบัติการกับโครงสร้าง สิ่งที่ต้องการจัดเก็บ จากกราฟโดยทั่วไปก็คือ เอ็จ ซึ่งเป็นเส้นเชื่อมระหว่างโหนดสองโหนด มีวิธีการจัดเก็บหลายวิธี วิธีที่ง่ายและตรงไปตรงมาที่สุดคือ การเก็บเอ็จในแถวลำดับ 2 มิติแต่จะค่อนข้างเปลืองเนื้องที่ เพราะมีบางเอ็จที่เก็บซ้ำ แก้ไขปัญหานี้โดยใช้แถวลำดับ 2 มิติเก็บโหนด และพอยเตอร์ชี้ไปยังตำแหน่งของโหนดที่สัมพันธ์ และใช้แถวลำดับ 1 มิติเก็บโหนดต่างๆ ที่สัมพันธ์กับโหนดในแถวลำดับ 2 มิติ การใช้วิธีนี้ไม่เหมาะกับกราฟที่มีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา กราฟที่มีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาอาจจะใช้วิธีแอดจาเซนซีลิสต์ คล้ายกับวิธีจัดเก็บกราฟแต่ต่างกัยตรงที่ใช้ลิงค์ลิสต์แทนเพื่อความสะดวกในการเปลี่ยนแปลงแก้ไข

วิธีแทนกราฟในความจำหลักอีวิธีหนึ่งซึ่งเป็นที่นิยมใช้กันมากที่สุด คือ การแทนด้วยแอดจาเซนซีเมทริกซ์ (Adjacency Martrix) โดยถ้ากราฟ G มีทั้งหมด n โหนด แอดจาเซนซีเมทริกซ์เป็นเมทริกซ์จัตุรัสขนาด n*n

DTS08-25/08/2552

สรุปบทเรียนครั้งที่ 8

เรื่อง Tree
เป็นโครงสร้างข้อมูลที่ความสัมพันธ์ระหว่าง โหนดจะมีความสัมพันธ์ลดหลั่นกันเป็นลำดับชั้น (Hierarchical Relationship)ได้มีการนำรูปแบบทรีไปประยุกต์ใช้ในงานต่าง ๆ อย่างแพร่หลาย ส่วนมากจะใช้สำหรับแสดงความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูล เช่น แผนผังองค์ประกอบของหน่วยงานต่าง ๆโครงสร้างสารบัญหนังสือ เป็นต้นแต่ละโหนดจะมีความสัมพันธ์กับโหนดในระดับที่ต่ำลงมา หนึ่งระดับได้หลาย ๆ โหนดเรียกโหนดดังกล่าวว่า -โหนดแม่ (Parent or Mother Node)
-โหนดที่อยู่ต่ำกว่าโหนดแม่อยู่หนึ่งระดับเรียกว่า โหนดลูก (Child or Son Node)
-โหนดที่อยู่ในระดับสูงสุดและไม่มีโหนดแม่เรียกว่า โหนดราก (Root Node)
-โหนดที่มีโหนดแม่เป็นโหนดเดียวกันเรียกว่า โหนดพี่น้อง (Siblings)
-โหนดที่ไม่มีโหนดลูก เรียกว่าโหนดใบ (Leave Node)
-เส้นเชื่อมแสดงความสัมพันธ์ระหว่างโหนดสองโหนดเรียกว่า กิ่ง (Branch)

นิยามของทรี
1)นิยามทรีด้วยนิยามของกราฟ
ทรี คือ กราฟที่ต่อเนื่องโดยไม่มีวงจรปิด (loop) ในโครงสร้าง การเขียนรูปแบบทรี เขียนได้ 4 แบบ คือ
1.แบบที่มีรากอยู่ด้านบน
2.แบบที่มีรากอยู่ด้านล่าง
3.แบบที่มีรากอยู่ด้านซ้าย
4.แบบที่มีรากอยู่ด้านขวา
2)นิยามทรีด้วยรูปแบบรีเครอร์ซีฟ
ทรี ประกอบด้วยสมาชิกที่เรียกว่า โหนด โดยที่ถ้าว่างไม่มีโหนดใดๆ เรียกว่า นัลทรี (Null Tree) และถ้ามีโหนดหนึ่งเป็นโหนดราก ส่วนที่เหลือจะแบ่งเป็น ทรีย่อย (Sub Tree)

นิยามที่เกี่ยวข้องกับทรี
1.ฟอร์เรสต์ (Forest) หมายถึง กลุ่มของทรีที่เกิดจากการเอาโหนดรากของทรีออกหรือเซตของทรีที่แยกจากัน (Disjoint Trees)
2.ทรีที่มีแบบแผน (Ordered Tree) หมายถึง ทรีที่โหนดต่างๆ ในทรีนั้นมีความสัมพันธ์ที่แน่นอน เช่น ไปทางขวา ไปทางซ้าย เป็นต้น
3.ทรีคล้าย (Similar Tree) คือ ทรีที่มีโครงสร้างเหมือนกัน หรือทรีที่มีรูปร่างของทรีเหมือนกัน โดยไม่คำนึงถึงข้อมูลที่อยู่ในแต่ละโหนด
4.ทรีเหมือน (Equivalent Tree) คือ ทรีที่เหมือนกันโดยสมบูรณ์ โดยต้องเป็นทรีที่คล้ายกันและแต่ละโหนดในตำแหน่งเดียวกันมีข้อมูลเหมือนกัน
5.กำลัง (Degree) หมายถึง จำนวนทรีย่อยของโหนดนั้นๆ
6.ระดับของโหนด (Level of Node) คือ ระยะทางในแนวดิ่งของโหนดนั้นๆ

การแทนที่ทรีในหน่วยความจำหลัก
การแทนที่โครงสร้างข้อมูลแบบทรีในความจำหลักจะมีพอยเตอร์เชื่อมโยงจากโหนดแม่ไปยังโหนดลูก การแทนที่ทรี แต่ละโหนดมีจำนวนลิงค์ฟิลด์ไม่เท่ากัน วิธีการแทนที่ง่ายที่สุด คือ ทำให้แต่ละโหนดมีจำนวนลิงค์ฟิลด์ที่เท่ากัน
1.โหนดแต่ละโหนดเก็บพอยเตอร์ชี้ไปยังโหนดลูกทุกโหนด
2.แทนทรีด้วยไบนารีทรี
โดยกำหนดให้แต่ละโหนดมีจำนวนลิงค์ฟิลด์สองลิงค์ฟิลด์
- ลิงค์ฟิลด์แรกเก็บที่อยู่ของโหนดลูกคนโต
- ลิงค์ฟิลด์ที่สองเก็บที่อยู่ของโหนดพี่น้องที่เป็นโหนดถัดไป โหนดใดไม่มีโหนดลูกหรือไม่มีโหนดพี่น้องให้ค่าพอยเตอร์ในลิงค์ฟิลด์มีค่าเป็น Null
โครงสร้างทรีที่แต่ละโหนดมีจำนวนโหนดลูดไม่เกินสองหรือแต่ละโหนดมีจำนวนทรีย่อยไม่เกินสองนี้ว่า ไบนารีทรี (Binary Tree)ไบนารีทรีที่ทุกๆ โหนดมีทรีย่อยทางซ้ายและทรีย่อยทางขวา ยกเว้นโหนดใบ และโหนดใบทุกโหนดจะต้องอยู่ที่ระดับเดียวกัน

การแปลงทรีทั่วไปให้เป็นไบนารีทรี
1.ให้โหนดแม่ชี้ไปยังโหนดลูกคนโต แล้วลบความสัมพันธ์ระหว่างโหนดแม่และโหนดลูกอื่นๆ
2.ให้เชื่อมความสัมพันธ์ระหว่างโหนดพี่น้อง
3.จับให้ทรีย่อยทางขวาเอียงลงมา 45 องศา

การท่องไปในไบนารีทรี

ปฏิบัติการที่สำคัญในไบนารีทรี คือ การท่องไปในไบนารีทรี (Traver Binary Tree) เพื่อเข้าไปเยือนทุก ๆ โหนดในทรี วิธีการท่องไปนั้นมีด้วยกันหลายแบบแล้วแต่ว่าต้องการลำดับขั้นตอนการเยือนอย่างไร โหนดที่ถูกเยือนอาจเป็นโหนดแม่ (แทนด้วย N) ทรีย่อยทางซ้าย (แทนด้วย L) หรือทรีย่อยทางขวา (แทนด้วย R) วิธีการท่องเข้าไปในทรี 6 วิธี คือ NLR LNR LRN NRL RNL และ RLN วิธีที่นิยมใช้ คือ การท่องจากซ้ายไปขวา 3 แบบแรก คือ NLR LNR และ LRNลักษณะการนิยามเป็นนิยามแบบ รีเคอร์ซีฟ

1)การท่องไปแบบพรีออร์เดอร์ (Preorder Traversal)ในวิธี NLR มีชั้นตอนการเดิน

1.เยือนโหนดราก

2.ท่องไปในทรีย่อยทางซ้ายแบบพรีออร์เดอร์

3.ท่องไปในทรีย่อยทางขวาแบบพรีออร์เดอร์

2)การท่องไปแบบอินออร์เดอร์ (Inorder Traversal)ในวิธี LNR มีขั้นตอนการเดิน

1.ท่องไปในทรีย่อยทางซ้ายแบบอินออร์เดอร์

2.เยือนโหนดราก

3.ท่องไปในทรีย่อยทางขวาแบบอินออร์เดอร์

3)การท่องไปแบบโพสออร์เดอร์ (Postorder Traversal)ในวิธี LRN มีขั้นตอนการเดิน

1.ท่องไปในทรีย่อยทางซ้ายแบบโพสต์ออร์เดอร์

2.ท่องไปในทรีย่อยทางขวาแบบโพสต์ออร์เดอร์

3.เยือนโหนดราก