Задача флага Нидерландов

Флаг Нидерландов состоит из трех цветов: красного, белого и синего. Получая шары этих трех цветов, расположенных в случайном порядке, задача состоит в том, чтобы организовать их таким образом, что все шары одного цвета были вместе, а и их общие цвета шли в порядке как на данном флаге.

Сортировка набора, состоящего из 0 и 1

Задача:

Дан массив [math]a[0..n-1][/math] из [math]n[/math] чисел [math]0[/math] и [math]1[/math]. Требуется разделить элементы друг от друга так, чтобы сначала оказались все [math]0[/math], а в конце [math]1[/math].

Пример

Исходный массив: [math] a = [0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 0][/math]
Полученный массив: [math] sort(a) = [0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1] [/math]

Алгоритм

Будем поддерживать два указателя. Инициализируем первый индекс [math]left = 0[/math] и второй индекс [math]right = n - 1[/math].

У будем делать следующее пока [math]left \lt right[/math]

1. Увеличиваем [math]left[/math] на [math]1[/math] пока не [math]a[left] = 0[/math].
2. Уменьшаем [math]right[/math] на [math]1[/math] пока не [math]a[right] = 1[/math].
3. Если [math]left \lt right[/math], то меняем местами [math]a[left][/math] и [math]a[right][/math], [math]left\texttt{++}[/math], [math]right\texttt{--}[/math].

Псевдокод

int[] sort(int[] a):
    int left = 0, right = n - 1
    while (left < right)
        while (arr[left] == 0 and left < right)
            left++
        while (arr[right] == 1 and left < right)
            right--
        if (left < right)
            swap(a[left], a[right])
            left++
            right--
    return a

Сортировка набора, состоящего из 0, 1 и 2

Задача:

Дан массив [math]a[0..n-1][/math] из [math]n[/math] чисел [math]0[/math], [math]1[/math] и [math]2[/math]. Требуется разделить их друг от друга так, чтобы сначала шли все [math]0[/math], потом все [math]1[/math] и все [math]2[/math] в конце.

Пример

Исходный массив: [math] a = [0, 1, 1, 0, 1, 2, 1, 2, 0, 0, 0, 1][/math]
Полученный массив: [math] sort(a) = [0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 2] [/math]

Алгоритм

Будем поддерживать три указателя. Инициализация: [math]lo = 0; mid = 0; hi = n - 1[/math].

У будем делать следующее пока [math]mid \leqslant right[/math]

1. Если [math]a[mid] = 0[/math], то меняем местами [math]a[lo][/math] и [math]a[mid][/math], [math]lo\texttt{++}[/math], [math]mid\texttt{++}[/math].
2. Если [math]a[mid] = 1[/math], то [math]mid\texttt{++}[/math].
3. Если [math]a[mid] = 0[/math], то меняем местами [math]a[mid][/math] и [math]a[hi][/math], [math]hi\texttt{--}[/math].

Инвариант работы алгоритма:

1. [math]a[0..lo-2] = 0[/math]
2. [math]a[lo-1..mid-2] = 1[/math]
3. [math]a[mid-1..hi-1][/math] неизвестны
4. [math]a[hi..n-1] = 2[/math]

Псевдокод

int[] sort(int[] a)
    int lo = 0, mid = 0, hi = n - 1
    while mid [math]\leqslant[/math] right
        switch (a[mid])
            case 0:
                swap(a[lo++], a[mid++])
                break
            case 1:
                mid++
                break
            case 2:
                swap(a[mid], a[hi--])
                break
    return a

См. также

• Сортировка подсчетом
• Цифровая сортировка

Источники информации

• Wikipedia — Dutch national flag problem
• GeeksforGeeks — Segregate 0s and 1s in an array
• GeeksforGeeks — Sort an array of 0s, 1s and 2s