FAV-ZCU/KIV PRO/06. In-place a in situ algoritmy.md

In-place a in situ algoritmy

In-place algoritmus

• narozdíl od data stream algoritmu se předpokládá vstup v poli
• transformuje datové struktury s užitím malé, O(1) dodatečné paměti
• vstup během chodu programu obvykle přepsán výstupem

Příklady

• otočení řetězce

In situ algoritmus

• někdy do in-place řazeny také algoritmy, které potřebují kromě vstupního pole O(\log n) extra paměť
• pro omezená data sice pointer potřebuje O(1) paměť, ale pro libovolně velká data potřebuje O(\log n) bitů pro specifikaci indexů do seznamu délky n - obvykle se toto ale ignoruje
• tyto algoritmy někdy označovány jako in situ

Výhody in-place a in situ

• jde zpracovat větší datové množiny
• větší lokalita reference - vhodné pro paměťové hierarchie
• méně náchylné k selhání - nevyžaduje velké objemy paměti
• hodně velké datové množiny často na discích - pomalý náhodný přístup, levná dodatečná paměť, lokalita reference pak důležitější než objem dostatečné paměti

Příklady

• Willardův 2D dělicí strom
• konvexní obálky
• Grahamovo prohledávání

In-place a in situ sorting

1. spojité pole
   • konstantní čas na přístup a prohození, dlouhý čas na posuvy
   • pokud ignorujeme O(\log n) na pointery:
     • heapsort - ano, konstantní dodatečná paměť
     • quicksort - in situ, O(\log n) paměť na rekurzi
     • mergesort - ne
2. zřetězené seznamy
   • vyhledávání podle indexu O(n)
   • quicksort a heapsort
     • nutné drastické modifikace, aby alespoň O(n^2)
     • pro tento druh algoritmů zřetěz. seznamy nevhodné
   • mergesort
     • O(n \log n) čas, O(\log n) dodatečná paměť
     • krok merge se sřetězenými seznamy lehčí než s poli
     • mergesort s poli - dobrá lokalita reference, pro data na disku lepší než jiné algoritmy