CUNY Baccalaureate for Unique and Interdisciplinary Studies - Bom pessoal, hoje vamos retomar um pouco o tópico de ordenação, vamos ver ordenação externa O princípio é o mesmo, consistem em ordenar um conjunto de dados, só que dessa vez, um conjunto que é maior que a memorio interna disponível Ou seja, eu tenho um conjunto de dados que não cabe na minha memória RAM, eu tenho que fazer a ordenação em arquivos Tenho um arquivo com valores que não estão ordenados, vou aplicar a ordenação externa e vou gerar um arquivo Onde eles estejam ordenados, a diferença é que esse tipo de algoritmo tem que minimizar o número de acesso a unidade externa Porque isso é o que custa mais nesse tipo de ordenação, tenho que levar em consideração o custo de acesso a memória principal A transferência de dados entre memória interna (RAM) e memoria externa (DISCO), eu tenho acesso sequencial aos dados Eu não tenho mais o acesso direto porque ele é muito caro, eu não posso pular para uma determinada posição do meu vetor Uma maneira de fazer isso é usando o merge sort externo, seria o método mais comum de ordenação Ele trabalha com o conceito de intercalação, vou combinar dois ou mais blocos (arquivos) ordenados de dados em um único bloco Maior e que esteja ordenado, essa vai ser minha ideia, como ele funciona? Eu tenho que a memória RAM cabe N registros de dados, apenas N, eu só posso carregar parte do meu arquivo na memoria Carreguei uma parte desse arquivo na memória, então eu vou ordenar esses dados, um algoritmo in-place Algoritmo de ordenação interna, por exemplo quick sort, ordenei essa parte do arquivo, eu vou salvar os dados em um arquivo separado Vou repetir esse processo até terminar todo o arquivo original, vou carregando pedaços do arquivo e ordenando e salvando em outro arquivo Fiz isso, tenho k arquivos ordenados, aí vou fazer o multi-way merging, ou seja, vou criar K+1 buffers de tamanho N/K+1 Lembrando que N é o tamanho máximo de dados que posso ter na minha memória, desses K+1 buffers 1 buffer de saída e outro de entrada, que são meus K arquivos ordenados, sempre vou carregar parte do arquivo ordenado em 1 desses K buffers E vou intercalar no buffer de saída, sempre que o buffer de entrada fica vazio eu carrego mais dados ordenados Se o buffer de saída está cheio, eu salvo os dados no meu arquivo ordenado, é assim que a gente vai trabalhar, vamos ver como fica implementado Aqui só o processo, o arquivo não ordenado, eu vou fazer K ordenações na RAM, vou gerar K arquivos ordenados Faço o Multi-way merging e vou gerar um arquivo ordenado, aqui eu tenho um pequeno exemplo pra gente entender o funcionamento Eu tenho um valor N tamanho 100, essa vai ser a quantidade de valores que eu posso ter na memoria Imagina que eu que eu tenho um arquivo, aqui eu tenho uma função que vai gerar um arquivo de teste Ele está gerando 999 números, de 1 até mil, apesar de meu arquivo ter mil valores eu só posso carregar 100 por vez na memoria Pra gente pode simular o que acontece, aqui estou gerando meu arquivo, e aqui estou chamando minha função mergeSortExterno Que vai ordenar esse arquivo, vamos ver como funciona isso A função mergeSortExterno, ela recebe um arquivo, eu chamo essa função criaArquivosOrdenados Passando meu arquivo que não está ordenado, ela vai me devolver o número de arquivos gerados, calculo o tamanho K dos meus buffers Tenho número de arquivos mais 1, N é meu total, então cada buffer vai ter tamanho K, apaguei o arquivo original Fiz a etapa do merge, lembrando, aqui a gente vai usar arquivos ordenados, então vou pegar e ordenar no arquivo original os meus numArquivos ordenados onde cada um tem K elementos no máximo, no final aqui eu só tenho um código para apagar meus arquivos temporários que eu gerei, vamos ver como funciona criar os arquivos ordenados e a etapa de merge Primeiro, criar os arquivos ordenados, passei o arquivo que não está ordenado, criei um vetor de tamanho N elementos que cabem na memoria Enquanto não acabar o arquivo o que eu faço? Leio um valor conto mais um valor lido, se o total de valores lidos é igual a N Eu enchi o meu vetor v, então eu ordeno ele, salvo o arquivo, fiz uma função que salva o arquivo e depois zero esse total Então eu peguei N elementos dentro de um vetor e salvei em um arquivo, zero o total e vou começar o processo de novo Enquanto não acabarem os meus dados do arquivo, estou usando a função qSort da biblioteca matemática para fazer a ordenação inplace Terminei o while eu verifico se sobrou algum dado dentro do meu vetor, total>0, pode ser que o número de elementos no meu arquivo Não seja múltiplo de N, então sobraram alguns elementos aqui, então gero um novo nome de arquivo, ordeno os dados que ainda tenho e salvo em um novo arquivo Fecho o arquivo ordenado e retorno esse cont que é o contador de quantos arquivos eu gerei, estou criando meus arquivos ordenados Buffer cheio salva em disco, sobraram dados no buffer salva em disco Aqui a minha função salva arquivo, recebe um nome, meu vetor, tamanho do vetor e uma flag que vou dizer se vou mudar de linha ou não Que é pra manter a mesma função funcionando com diferentes aplicações dentro de um programa Simplesmente coloco uma quebra de linha ou não no final do arquivo, a função vai percorrer meu vetor salvando em disco No arquivo que eu especifiquei, arquivo temporário por exemplo, agora vou fazer a etapa de merge, para isso defini uma estrutura aqui Para gerenciar todos os meus buffers, tem um ponteiro, pos, max e o meu buffer de tamanho K que eu defini O arquivo na hora que estou lendo ou escrevendo os dados, a posição que estou no vetor, o tamanho máximo do meu vetor, e o vetor que vou alocar dinamicamente Criei umas variáveis, aqui eu tenho o meu buffer de saída, aqui estou criando um vetor da minha struct arquivo Onde estou criando um vetor para numArgs, ou seja, quantos arquivos eu tenho ordenados já, para cada um desses arquivos ordenados estou Abrindo o arquivo, aqui estipulei o nome dele, abri ele, defini que ele tem MAX e POS igual a zero E defini que o buffer dele é um vetor de tamanho K, K é quantos elementos eu posso carregar na memória para cada um dos meus buffers Pensa assim, se eu tenho 10 buffers de saída mais um de entrada e eu tinha 100 elementos no meu N, então O meu K é 100/11, só posso carregar um pedacinho do meu arquivo na memória principal, fiz uma função que preenche o buffer Onde eu passo o meu arquivo que está controlando cada um dos meus arquivos e o tamanho do buffer pra poder preencher Continuando a etapa de merge, supondo que eu tenho todos os meus buffers de entrada cheio, o que eu faço? Eu tenho a função que procura menor, dentro dos meus arquivos abertos, partes deles que eu carreguei na memória. achei o menor, resposta verdadeira, consegui dentro de todos os buffers de entrada abertos, achar um menor elemento, esse menor eu guardo na próxima posição do meu buffer ando para a próxima posição, estou colocando os valores ali, se a quantidade do buffer for igual a K o buffer de saída está cheio, salvo o arquivo no meu buffer de saída, e zero ele para começar a encher novamente vou repetir esse processo sempre que eu conseguir achar um menor elemento dentro dos meus buffers de entrada ao final eu verifico, não achei nenhum valor menor aqui, ou seja, não tem mais dados no meu buffer de entrada, em nenhum deles se sobrou alguma quantidade no meu buffer de saída, eu salvo esse restante no meu buffer de saída, no final eu libero todos os meus buffers de entrada e o buffer de saída, faltou ver como funciona a função procura menor, e preenche buffer, procura menor, estou passando o meu vetor de buffers da estrutura arquivo, quantidade de arquivos que eu tenho tamanho de cada buffer, e aqui vou retornar por referência o menor elemento dentro desses buffers aqui eu tenho um for que vai procurar entre todos os meus arquivos, nas posições carregadas na memória o menor elemento eu só tenho um tratamento aqui para procurar o menor valor da primeira posição de cada buffer, que é marcado por pos eu tenho um buffer de tamanho k, pos é a posição atual onde estou, max é o tamanho máximo desse vetor pode ser que não consegui carregar K elementos na última leitura do buffer, max pode ser aqui, pode ser que a quantidade de arquivos não seja múltipla desse k, então esse max define quando criei um buffer de tamanho k mas na última leitura eu só consegui colocar K-2 elementos esse max representa esse tipo de valor, aqui só tenho um tratamento para ver se consegui encontrar um elemento ou não idx vai controlar se foi possível achar um elemento ou não, para poder retornar e procurar dentro da primeira posição apontada por pos de cada um dos meus buffers onde está o meu menor elemento, achei, eu retorno ele aqui achou o menor, então ele é diferente de -1, atualiza a posição do buffer, e encher o buffer se estiver vazio então sempre que idx posição for igual o valor de max, significa que cheguei na última posição daquele buffer então aquele buffer está vazio, o que eu faço? Preenche o buffer novamente, retorno 1 porque consegui achar alguém menor aqui se na retorna 0, dentre todos os buffers abertos eu não consegui achar nenhum valor para colocar no meu arquivo ordenado por fim a função preenche buffer, ela vai receber a minha struct arquivo, e o tamanho do buffer K eu verifico se o arquivo está aberto ou não, se o ponteiro f for nulo significa que o arquivo já foi fechado, return termino essa função, não tenho o que fazer nela, se não, eu zero o pos e o max, o tamanho é K do meu buffer, então vou ler K posições do meu arquivo verifico se não cheguei ao final do arquivo, tem dados no arquivo, leio e coloco no buffer, acabaram os dados, fecha o arquivo Aqui eu estou fechando, se por ventura eu tentei fazer a leitura e não tinha mais dados no meu buffer se não, estou lendo os dados com o fscanf e estou guardando na posição max e andando com o max pra frente isso lembra muito inserção em lista sequencial estática no final, uma inserção no final de uma lista sequencial estática é a mesma ideia, a função preenche buffer é bastante simples, espero que vocês tenham entendido como funciona a ordenação externa ela tem muitos passos envolvidos, porque você sempre tem que gerenciar a memória em disco, carregando dados para colocar nos buffers buffer ficou cheio de saída com os dados ordenados, grava novamente em arquivo, então tem um gerenciamento muito grande de arquivos e memoria principal, por isso a quantidade grande de códigos, mas espero que vocês tenham entendido, até a próxima.
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