QuickSort (en inglés, ordenamiento rápido). Es un algoritmo basado en la técnica de divide y vencerás, que permite, en promedio, ordenar n elementos en un tiempo proporcional a n log n.
El algoritmo fundamental es el siguiente:
- Elegir un elemento de la lista de elementos a ordenar, al que llamaremos pivote.
- Resituar los demás elementos de la lista a cada lado del pivote, de manera que a un lado queden todos los menores que él, y al otro los mayores. En este momento, el pivote ocupa exactamente el lugar que le corresponderá en la lista ordenada.
- La lista queda separada en dos sublistas, una formada por los elementos a la izquierda del pivote, y otra por los elementos a su derecha.
- Repetir este proceso de forma recursiva para cada sublista mientras éstas contengan más de un elemento. Una vez terminado este proceso todos los elementos estarán ordenados. Como se puede suponer, la eficiencia del algoritmo depende de la posición en la que termine el pivote elegido.
- En el mejor caso, el pivote termina en el centro de la lista, dividiéndola en dos sublistas de igual tamaño. En este caso, el orden de complejidad del algoritmo es O(n·log n).
- En el peor caso, el pivote termina en un extremo de la lista. El orden de complejidad del algoritmo es entonces de 0(n²). El peor caso dependerá de la implementación del algoritmo, aunque habitualmente ocurre en listas que se encuentran ordenadas, o casi ordenadas.
- En el caso promedio, el orden es O(n·log n).
Eficiencia del algoritmo
La eficiencia del algoritmo depende de la posición en la que termine el pivote elegido. En el mejor caso, el pivote termina en el centro de la lista, dividiéndola en dos sublistas de igual tamaño. En este caso, el orden de complejidad del algoritmo es O(n•log n). En el peor caso, el pivote termina en un extremo de la lista. El orden de complejidad del algoritmo es entonces de O(n²). El peor caso dependerá de la implementación del algoritmo, aunque habitualmente ocurre en listas que se encuentran ordenadas, o casi ordenadas. Pero principalmente depende del pivote, si por ejemplo el algoritmo implementado toma como pivote siempre el primer elemento del array, y el array que le pasamos está ordenado, siempre va a generar a su izquierda un array vacío, lo que es ineficiente. En el caso promedio, el orden es O(n•log n). Y no es extraño, pues, que la mayoría de optimizaciones que se aplican al algoritmo se centren en la elección del pivote.
Optimización del algoritmo
Cabe destacar que de usarse en su versión recursiva las siguientes optimizaciones y sus desventajas no se ven vistas en el tiempo de ejecución del mismo manteniéndose, así el tiempo de ejecución planteado en un principio.
Técnicas de elección del pivote
El algoritmo básico del método Quicksort consiste en tomar cualquier elemento de la lista al cual denominaremos como pivote, dependiendo de la partición en que se elija, el algoritmo será más o menos eficiente.
Tomar un elemento cualquiera como pivote tiene la ventaja de no requerir ningún cálculo adicional, lo cual lo hace bastante rápido. Sin embargo, esta elección «a ciegas» siempre provoca que el algoritmo tenga un orden de O(n²) para ciertas permutaciones de los elementos en la lista.
Otra opción puede ser recorrer la lista para saber de antemano qué elemento ocupará la posición central de la lista, para elegirlo como pivote. Esto puede hacerse en O(n) y asegura que hasta en el peor de los casos, el algoritmo sea O(n•log n). No obstante, el cálculo adicional rebaja bastante la eficiencia del algoritmo en el caso promedio.
La opción a medio camino es tomar tres elementos de la lista - por ejemplo, el primero, el segundo, y el último - y compararlos, eligiendo el valor del medio como pivote.
Técnicas de reposicionamiento
Una idea preliminar para ubicar el pivote en su posición final sería contar la cantidad de elementos menores que él, y colocarlo un lugar más arriba, moviendo luego todos esos elementos menores que él a su izquierda, para que pueda aplicarse la recursividad.
Existe, no obstante, un procedimiento mucho más efectivo. Se utilizan dos índices: i, al que llamaremos índice izquierdo, y j, al que llamaremos índice derecho. El algoritmo es el siguiente:
Recorrer la lista simultáneamente con i y j: por la izquierda con i (desde el primer elemento), y por la derecha con j (desde el último elemento). Cuando lista[i] sea mayor que el pivote y lista[j] sea menor, se intercambian los elementos en esas posiciones.
Repetir esto hasta que se crucen los índices.
El punto en que se cruzan los índices es la posición adecuada para colocar el pivote, porque sabemos que a un lado los elementos son todos menores y al otro son todos mayores (o habrían sido intercambiados).
Funcionamiento
- Se debe llamar a la función Quicksort desde donde quiera ejecutarse.
- Ésta llamará a colocar pivote para encontrar el valor del mismo.
- Se ejecutará el algoritmo Quicksort de forma recursiva a ambos lados del pivote.
Métodos de Ordenamiento QuickSort en C++ - Código Fuente
#include<iostream>
#include<conio.h>
#include<iomanip>
using namespace std;
void quicksort(double [20],int, int);
void escribir(double [20],int );
int main()
{
int i,nro;
double B[20];
cout<<"ingrese la dimension del arreglo"<<endl<<endl;
cin>>nro;
cout<<"ingrese elementos del arreglo"<<endl<<endl;
for(i=0;i<nro;i++)
{
cout<<"B["<<i<<"]= ";
cin>>B[i];
}
cout<<"ARREGLO ORIGINAL"<<endl<<endl;
for(i=0;i<nro;i++)
{
cout<<B[i]<<setw(5);
}
quicksort(B,0,nro-1);
escribir(B,nro);
getch();
//delete B;
return 0;
}
void quicksort(double A[20],int primero,int ultimo)
{
int central,i,j;
double pivote;
central=(primero+ultimo)/2;
pivote=A[central];
i=primero;
j=ultimo;
do
{
while(A[i]<pivote) i++;
while(A[j]>pivote) j--;
if(i<=j)
{
double temp;
temp=A[i];
A[i]=A[j]; /*intercambia A[i] con A[j] */
A[j]=temp;
i++;
j--;
}
}
while(i<=j);
if(primero<j)
quicksort(A,primero,j); /*mismo proceso con sublista izquierda*/
if(i<ultimo)
quicksort(A,i,ultimo); /*mismo proceso con sublista derecha*/
}
void escribir(double A[20], int n)
{
int i;
cout<<endl<<"ARREGLO ORDENADO POR METODO DE QUICKSORT "<<endl<<endl;
for(i=0;i<n;i++)
{
cout<<A[i]<<setw(5);
}
cout<<endl<<endl;
}
