1.外部排序的基本概念

2.外部排序

2.1.外部排序的思想

2.2.外部排序的开销

2.3.优化——多路归并

3.败者树

4.置换选择排序

4.1.算法思想

4.2.手算过程

5.最佳归并树

1.外部排序的基本概念

外存中的数据读入内存→在内存中排序→数据写入外存

2.外部排序

2.1.外部排序的思想

采用归并排序的思想和方法

1.数据初始状态

2.将（36、8、26）（42、9、48）分别存入输入缓冲区1、输入缓冲区2

3.将输入缓冲区1和输入缓冲区2的数据进行递增排序

4.将输入缓冲区1和输入缓冲区2的数据通过输出缓冲区逐一写入外存，形成一个有序归并段

5.将（1、37、25）（45、27、28）分别存入输入缓冲区1、输入缓冲区2

6.将输入缓冲区1和输入缓冲区2的数据进行递增排序

7.将输入缓冲区1和输入缓冲区2的数据通过输出缓冲区逐一写入外存，形成一个有序归并段

8.对剩余12块内存依次进行上述操作，总共需要进行16次读操作和16次写操作，得到初始归并段

9.第一次归并：读入归并段1和归并段2中的第一块磁盘（相对最小），进行排序

10.依次找出这两个输入缓冲区中最元素，并将其移动到输出缓冲区中，当输出缓冲区满，则写入外存（1、8、9）

11.继续找出这剩余元素中的最小元素，直到某一个缓冲区中空，则读入其所属归并段的后一个内存块的数据，并继续进行上述操作。直到两个缓冲区都空，且归并段1和归并段2中的元素全部读入内存，此时归并段1和归并段2就得到了一个有序的递增序列

输入缓冲区1空

输入归并段1的第二块内存

排序完成，归并段1和归并段2递增有序

12.对剩余的六个归并段进行上述操作，八个归并段→四个归并段

13.第二次归并：继续采用此方法依次取出归并段1和归并段2（归并段1为八个归并段时的归并段1和归并段2，归并段2为八个归并段时的归并段3和归并段4）的各个块进行排序操作（步骤9、10、11）→四个归并段→两个归并段

原归并段1、2排序形成归并段1

原归并段3、4排序形成归并段2

14.第三次归并：继续排序归并段1、2，形成最后的有序递增序列

2.2.外部排序的开销

上述外部排序中：形成初始归并段→第一次归并（8 ~ 4）→第二次归并（4 ~ 2）→第三次归并(2 ~ 1)（每个过程都需要读和写16次，共32 + 32 * 3 = 128次）

总时间开销 = 内部排序所需时间 + 内部归并所需时间 + 外部读写所需时间

2.3.优化——多路归并

改用四路归并：初始化归并段→第一次归并（8 ~ 2）→第二次归并（2 ~ 1）

需要读写次数：32 + 32 * 2 = 96

但是，与此同时，缓冲区的数量也要变成四个（k路归并需k个缓冲区）

结论：1.对于 r 个初始归并段进行 k 路归并，需要归并趟数 = $log_k{r}$ （向上取整，归并树高度）
2.提升外部排序的速度、减少读写磁盘的速度的方法：提高 k 值，降低 r 值。

提高 r 值：增加归并段长度

但是，提高 k 有负面影响：

A.需要的缓存空间升高（k路归并需k个缓冲区）

B.内部归并的所需时间提高（选出最小关键字需要进行k - 1次比较）

3.败者树

视为一棵完全二叉树

1.将每个归并段的第一个元素作为叶子结点加入败者树中

2.从左至右、从上往下的更新分支节点的信息：判断其左右子树的大小，除了根节点（最上面那个结点）记录冠军来自哪个归并段外，其余各分支节点记录的是失败者来自哪个归并段

3.取出最小的元素1后，从其所属的归并段中取出下一个元素6，依次与从叶子结点到根节点的各个结点所记录的败者信息进行对比

引进败者树后，选出最小的关键字，仅需log2k次比较（向上取整）

4.置换选择排序

4.1.算法思想

使用选择置换排序，可以让每个初始段的长度不再受限于内存工作区大小

设内存工作区最多容纳w个数据

①将待排序文件FI输入w个数据到内存工作区WA中

②选择WA中关键字最小的数据，输出到FO中，并且用MIN记录该最小关键字

③若FI不空，则从FI中继续输入文件到WA

④ 从WA中选出比MIN更大的关键字的数据，输出并更新此最小关键字作为新MIN

⑤重复②~④直到WA中的每个关键字都＞MIN为止，由此得到一个新的归并段

⑥重复②~⑤，直到WA空，得到全部初始归并段

4.2.手算过程

1.初始状态

归并段1：

2.4、6、9依次加入内存工作区中，（4、6、9）选择最小的元素4，输出4并更改MIN = 4

3.加入7，（7、6、9）选择最小元素6 > MIN = 4，输出6并更改MIN = 6

4.加入13，（7、13、9）选择最小元素7 > MIN = 6，输出7并更改MIN = 7

5.加入11，（11、13、9）选择最小元素9 > MIN = 7，输出9并更改MIN = 9

6.加入16，（11、13、16）选择最小元素11 > MIN = 9，输出11并更改MIN = 11

8.加入14，（14、13、16）选择最小元素13 > MIN = 11，输出13并更改MIN = 13

9.加入10，（14、10、16）选择最小元素10 < MIN = 13，标记13为不可输出，选择第二小的元素14 > MIN = 13，输出14并更改MIN = 14

10.加入22，（22、10、16）选择最小元素16 > MIN = 14，输出16并更改MIN = 16

11.加入30，（22、10、30）选择最小元素22 > MIN = 16，输出并更改MIN = 22

12.加入2，（2、10、30）选择最小元素2 < MIN = 22，标记2为不可输出，选择第三小的元素30 > MIN = 22，输出30并更改MIN = 30

13.加入3，（2、10、3）选择最小元素3 < MIN = 30，标记2为不可输出，此时，输出缓冲区中的三个元素都是不可输出元素，则第一个归并区到上一个输出元素为止（4、6、7、9、11、13、14、16、22、30）

归并段2：

14.（2、10、3）选择最小元素2，输出2并更改MIN = 2

15.加入19，（19、10、3）选择最小元素3 > MIN = 2，输出3并更改MIN = 3

16.加入20，（19、10、20）选择最小元素10 > MIN = 3，输出10并更改MIN = 10

17.加入17，（19、17、20）选择最小元素17 > MIN = 10，输出17并更改MIN = 17

18.加入1，（19、1、20）选择最小元素1 < MIN = 17，标记1为不可输出，选择第二小的元素19 > MIN = 17，输出19并更改MIN = 19

19.加入23，（23、1、20）选择最小元素20 > MIN = 19，输出20并更改MIN = 20

20.加入5，（23、1、5）选择最小元素5 < MIN = 20，标记5为不可输出，选择第三小的元素23 > MIN = 23，输出23并更改MIN = 23

21.加入36，（36、1、5）选择最小元素36 > MIN = 36，输出36并更改MIN = 36

22.加入22，（12、1、5）选择最小元素12 < MIN = 36，标记12为不可输出时，输出缓冲区中的三个元素都是不可输出元素，则第二个归并区到上一个输出元素为止（2、3、10、17、19、20、23、36）

第三个归并段：

23.（12、1、5）选择最小元素1，输出1并更改MIN = 1

24.加入18，（12、18、5）选择最小元素5 > MIN = 1，输出5并更改MIN = 5

25.加入21，（12、18、21）选择最小元素12 > MIN = 5，输出12并更改MIN = 12

26.加入39，此时，待排序文件空，将内存工作区中的剩余数据按序输出，即18、21、39，则第三个归并段为（1、5、12、18、21、39）

5.最佳归并树

1.性质和构造完全相同于哈弗曼树

2.与哈弗曼树的区别：

k叉树，其中k > 2时：需要判断是否能满足构造完全k叉树，若不满足，则需要添加长度为0的“虚段”

①若（初始归并段数量 - 1） % （k - 1） = 0，则能构成完全k叉树

②若（初始归并段数量 - 1） % （k - 1）= u ≠ 0，则说明需要添加（k - 1）- u 个虚段才能构成完全二叉树

408数据结构学习笔记——外部排序相关推荐

数据结构学习笔记——基数排序 | 排序算法总结
目录一.基数排序排序思想二.基数排序算法分析三.排序算法总结 (一)分类 (二)比较 (三)详细分析一.基数排序排序思想基数排序与前面的排序算法不一样,它不基于比较和移动元素来进行排序,而是 ...
408数据结构学习笔记——二叉排序树、二叉平衡树、红黑树
目录 1.二叉排序树 1.1.二叉排序树的基本概念 1.2.二叉排序树的查找代码实现 1.3.二叉排序树的插入 1.4.二叉排序树的删除 1.5.二叉排序树的查找效率 1.6.二叉排序树的缺陷 2.平 ...
408数据结构学习笔记-树-①树的逻辑结构
目录 ①定义 ②结点间的关系描述 ③结点路径 ④结点,树的属性描述 ⑤有序树和无序树 ⑥森林 ⑦树的性质(6个性质) a.结点数=总度数+1 b.度为m的树和m叉树的区别 c.度为m的树第i层至多有 ...
408数据结构学习笔记——顺序查找、折半查找、分块查找
目录 1.顺序查找 1.1.顺序查找的概念 1.2.顺序查找的代码 1.3.顺序查找的查找效率 1.4.顺序查找的优化 1.5.顺序表的时间复杂度 2.折半查找 2.1.折半查找的概念 2.2.折半查 ...
408数据结构学习笔记——栈和队列的应用、特殊矩阵的压缩
目录 1.栈在括号匹配中的应用 2.栈在表达式求值中的运用 2.1.中缀表达式转换后缀表达式 2.2.后缀表达式的计算方法 2.3.中缀表达式转换前缀表达式 2.4. 中缀表达式转后缀表达式(机算- ...
数据结构学习笔记（王道）
数据结构学习笔记(王道) PS:本文章部分内容参考自王道考研数据结构笔记文章目录数据结构学习笔记(王道) 一.绪论 1.1. 数据结构 1.2. 算法 1.2.1. 算法的基本概念 1.2.2. ...
Python数据结构学习笔记——队列和双端队列
目录一.队列的定义二.队列实现步骤分析三.队列的Python实现代码四.队列的应用六人传土豆游戏五.双端队列的定义六.双端队列实现步骤分析七.双端队列的Python实现代码八.双 ...
Python数据结构学习笔记——栈
目录一.栈的定义和特性 (一)栈的定义 (二)栈的反转特性二.实现分析步骤三.栈的Python实现代码四.栈的应用 (一)匹配圆括号 (二)匹配符号 (三)模2除法(十进制转二进制) (四)进 ...
数据结构学习笔记之快速排序（非递归）
数据结构学习笔记之快速排序(非递归) 代码如下: #include<assert.h> #include<memory.h> //快速排序(升序) void QuickSort ...

408数据结构学习笔记——外部排序

1.外部排序的基本概念

2.外部排序

2.1.外部排序的思想

2.2.外部排序的开销

2.3.优化——多路归并

3.败者树

4.置换选择排序

4.1.算法思想

4.2.手算过程

5.最佳归并树

408数据结构学习笔记——外部排序相关推荐

最新文章

热门文章