バブルソート、選択ソート、挿入ソートの実装

ここでは、基本的なソートアルゴリズムであるバブルソート、選択ソート、挿入ソートの実装方法を解説します。それぞれのアルゴリズムの考え方や実装例を見ていきましょう。

バブルソート

バブルソートは、隣接する要素を比較し、順序が逆であれば交換することで、大きい値を配列の末尾に「浮かせる」ようにソートを行います。このプロセスを配列がソートされるまで繰り返します。

実装

def bubble_sort(arr):
    n = len(arr)
    for i in range(n):
        swapped = False
        for j in range(0, n-i-1):
            if arr[j] > arr[j+1]:
                arr[j], arr[j+1] = arr[j+1], arr[j]  # 交換
                swapped = True
        if not swapped:
            break  # 交換がなかった場合は終了
    return arr

# 実行例
arr = [64, 34, 25, 12, 22, 11, 90]
sorted_arr = bubble_sort(arr)
print("バブルソート結果:", sorted_arr)

解説

1. nは配列の長さを取得します。
2. 外側のループは配列の全体を何度も走査します。
3. 内側のループは隣接する要素を比較し、必要に応じて交換します。
4. swappedフラグを用いて、交換が行われなかった場合はソートが完了したとみなし、ループを終了します。

選択ソート

選択ソートは、未ソート部分から最小（または最大）の要素を選択し、それをソート済み部分に移動させるアルゴリズムです。

実装

def selection_sort(arr):
    n = len(arr)
    for i in range(n):
        min_idx = i
        for j in range(i+1, n):
            if arr[j] < arr[min_idx]:
                min_idx = j  # 最小値のインデックスを更新
        arr[i], arr[min_idx] = arr[min_idx], arr[i]  # 最小値を前に移動
    return arr

# 実行例
arr = [64, 34, 25, 12, 22, 11, 90]
sorted_arr = selection_sort(arr)
print("選択ソート結果:", sorted_arr)

解説

1. nは配列の長さを取得します。
2. 外側のループはソート済み部分のインデックスを示します。
3. 内側のループは未ソート部分から最小要素を見つけます。
4. 最小要素のインデックスが見つかったら、それをソート済み部分の先頭に移動させます。

挿入ソート

挿入ソートは、配列を部分的にソートしながら新しい要素を挿入していくアルゴリズムです。

実装

def insertion_sort(arr):
    n = len(arr)
    for i in range(1, n):
        key = arr[i]  # 挿入する要素
        j = i - 1
        while j >= 0 and arr[j] > key:
            arr[j + 1] = arr[j]  # 要素を右にシフト
            j -= 1
        arr[j + 1] = key  # 要素を挿入
    return arr

# 実行例
arr = [64, 34, 25, 12, 22, 11, 90]
sorted_arr = insertion_sort(arr)
print("挿入ソート結果:", sorted_arr)

解説

1. nは配列の長さを取得します。
2. 外側のループは、配列の2番目の要素から始まります（最初の要素は単独でソート済み）。
3. keyに挿入する要素を設定し、jはその前のインデックスです。
4. 内側のループでは、keyより大きい要素を右にシフトし、正しい位置を見つけたらkeyをその位置に挿入します。

まとめ

ここまで、バブルソート、選択ソート、挿入ソートの3つのソートアルゴリズムを実装しました。それぞれのアルゴリズムは異なるアプローチでソートを行いますが、どのアルゴリズムも基本的な考え方は同じで、隣接する要素を比較し、順序を整えることに焦点を当てています。

これらのソートアルゴリズムは、データセットが小さい場合や学習目的で非常に役立つため、ぜひ実際にコードを実行してみてください。