第11章外排序第2讲-磁盘排序-生成初始归并段
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磁盘排序过程
写
F1文件
读
读
Fin文件
内存
写 F2文件
读
写…
读
写
内存
Fout文件
Fm文件
生成若干初始归并段
归并成一个有序文件
1/14
磁盘排序示例演示
设有一个文件Fin.dat，内含4500个记录：A1，A2，…， A4500，现在要对该文件进行排序，结果放在Fout.dat文件中。 可占用的内存空间至多只能对750个记录进行排序。
Fin.dat文件放在磁盘上。假设每个记录占用一个物理块。
Fin.dat文件
内存 (750)
Fout.dat文件
2/14
第1阶段：产生初始归并段
文件Fin.dat （含4500个记录）
某种内排序方法
容量为750个记录
产生6个长度为 750个记录的有序 文件F1～F6。
3/14
第2阶段：多路归并
可用内存空间大小为750个记录 可以使用多种归并方案来完成
13/14
━━本讲完━━
14/14
abc.dat
某内排序算法
内存
abc1.dat abc2.dat
…
abcn.dat
均有序
另一种方法：采用一种称为置换－选择排序方法用于 生成初始归并段。
可以减少生成的初始归并段个数
9/14
置换－选择排序方法
（1）从待排文件Fin中按内存工作区WA的容量w读入w个记录。设归并 段编号i=1。
（2）使用败者树从WA中选出关键字最小的记录Rmin。 （3）将Rmin记录输出到Fout中，作为当前归并段的一个成员。 （4）若Fin不空，则从Fin中读入下一个记录x放在Rmin所在的工作区位置 代替Rmin。 （5）在工作区中所有≥Rmin的记录中选择出最小记录作为新的Rmin，转 （3），直到选不出这样的Rmin。 （6）设i=i+1，开始一个新的归并段。 （7）若工作区已空，则初始归并段已全部产生；否则转（2）。
4/14
归并方案1：二路归并1
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F9
F10
Fout
注意：
① 内存大小为750个记录，但任意大小的两个归并段都可以进行归并。 ② 每归并一次，参与归并的每个记录都要读一次和写一次。
5/14
方案1的读写记录数计算
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F1和F2中 每个记录
F8
F9
内存工作区w=5
Rmin=4113467895097246278
归并段1： 归并段2： 依次类推，产生归并段2：9，31，39，56，68，73，80，255
12/14
置换-选择排序中关键字比较次数分析 共有n个记录，内存工作区WA的容量为w：
若在w个记录中选取最小关键字的采用简单比较方法，每 次需要w-1次比较。 总的时间复杂度为O(nw)。
10/14
【例11-1】 设磁盘文件中共有18个记录，记录的关键字
分别为： {15，4，97，64，17，32，108，44，76，9，39，82，
56，31，80，73，255，68} 若内存工作区可容纳5个记录，用置换－选择排序可产生
几个初始归并段，每个初始归并段包含哪些记录?
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置换-选择排序示例演示 18个记录（w=5）： 15 4 97 64 17 32 108 44 76 9 39 82 56 31 80 73 255 68 ∞
读3次、
F10
写3次
Fout
总的读记录数（写记录数与之相同）：
[(F1+F2+F3+F4的记录数) ×3+(F5+F6的记录数) ×2] =12000=8/3遍
该数越大，效率越差 等于哈夫曼树的WPL
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归并方案2：二路归并2
F1
F2
F3
F4
F5
F6
பைடு நூலகம்F7
F8 F9
F10
Fout
方案2：总的读记录数WPL=15000。 方案1更好
方案1：总的读记录数WPL=12000。
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归并方案3：三路归并
F7
F8
Fout
总的读记录数（写记录数与之相同）：
方案3 :WPL＝(750+750+750) ×2＋ (750+750+750) ×2＝9000
不同的归并方案所需要的读写记录数是不同的！
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11.2.1 生成初始归并段
生成前面的初始归并段的方法
写
F1文件
读
读
Fin文件
内存
写 F2文件
读
写…
读
写
内存
Fout文件
Fm文件
生成若干初始归并段
归并成一个有序文件
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磁盘排序示例演示
设有一个文件Fin.dat，内含4500个记录：A1，A2，…， A4500，现在要对该文件进行排序，结果放在Fout.dat文件中。 可占用的内存空间至多只能对750个记录进行排序。
Fin.dat文件放在磁盘上。假设每个记录占用一个物理块。
Fin.dat文件
内存 (750)
Fout.dat文件
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第1阶段：产生初始归并段
文件Fin.dat （含4500个记录）
某种内排序方法
容量为750个记录
产生6个长度为 750个记录的有序 文件F1～F6。
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第2阶段：多路归并
可用内存空间大小为750个记录 可以使用多种归并方案来完成
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━━本讲完━━
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abc.dat
某内排序算法
内存
abc1.dat abc2.dat
…
abcn.dat
均有序
另一种方法：采用一种称为置换－选择排序方法用于 生成初始归并段。
可以减少生成的初始归并段个数
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置换－选择排序方法
（1）从待排文件Fin中按内存工作区WA的容量w读入w个记录。设归并 段编号i=1。
（2）使用败者树从WA中选出关键字最小的记录Rmin。 （3）将Rmin记录输出到Fout中，作为当前归并段的一个成员。 （4）若Fin不空，则从Fin中读入下一个记录x放在Rmin所在的工作区位置 代替Rmin。 （5）在工作区中所有≥Rmin的记录中选择出最小记录作为新的Rmin，转 （3），直到选不出这样的Rmin。 （6）设i=i+1，开始一个新的归并段。 （7）若工作区已空，则初始归并段已全部产生；否则转（2）。
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归并方案1：二路归并1
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F9
F10
Fout
注意：
① 内存大小为750个记录，但任意大小的两个归并段都可以进行归并。 ② 每归并一次，参与归并的每个记录都要读一次和写一次。
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方案1的读写记录数计算
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F1和F2中 每个记录
F8
F9
内存工作区w=5
Rmin=4113467895097246278
归并段1： 归并段2： 依次类推，产生归并段2：9，31，39，56，68，73，80，255
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置换-选择排序中关键字比较次数分析 共有n个记录，内存工作区WA的容量为w：
若在w个记录中选取最小关键字的采用简单比较方法，每 次需要w-1次比较。 总的时间复杂度为O(nw)。
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【例11-1】 设磁盘文件中共有18个记录，记录的关键字
分别为： {15，4，97，64，17，32，108，44，76，9，39，82，
56，31，80，73，255，68} 若内存工作区可容纳5个记录，用置换－选择排序可产生
几个初始归并段，每个初始归并段包含哪些记录?
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置换-选择排序示例演示 18个记录（w=5）： 15 4 97 64 17 32 108 44 76 9 39 82 56 31 80 73 255 68 ∞
读3次、
F10
写3次
Fout
总的读记录数（写记录数与之相同）：
[(F1+F2+F3+F4的记录数) ×3+(F5+F6的记录数) ×2] =12000=8/3遍
该数越大，效率越差 等于哈夫曼树的WPL
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归并方案2：二路归并2
F1
F2
F3
F4
F5
F6
பைடு நூலகம்F7
F8 F9
F10
Fout
方案2：总的读记录数WPL=15000。 方案1更好
方案1：总的读记录数WPL=12000。
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归并方案3：三路归并
F7
F8
Fout
总的读记录数（写记录数与之相同）：
方案3 :WPL＝(750+750+750) ×2＋ (750+750+750) ×2＝9000
不同的归并方案所需要的读写记录数是不同的！
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11.2.1 生成初始归并段
生成前面的初始归并段的方法