NumPy 配列を高速にソート: C-API と NPY_HEAPSORT 列挙子
NumPy C-API における NPY_HEAPSORT 列挙子の詳細解説
この解説では、NPY_HEAPSORT
列挙子の詳細について説明します。
NPY_HEAPSORT
は、NumPy C-API で定義されている列挙型です。以下の値を持ちます。
NPY_HEAPSORT_STANDARD
: 標準のヒープソートアルゴリズムを使用します。NPY_HEAPSORT_INPLACE
: インプレースヒープソートアルゴリズムを使用します。
標準ヒープソートアルゴリズム
NPY_HEAPSORT_STANDARD
は、標準のヒープソートアルゴリズムを使用します。このアルゴリズムは、O(n log n) の時間複雑性で動作します。
インプレースヒープソートアルゴリズム
NPY_HEAPSORT_INPLACE
は、インプレースヒープソートアルゴリズムを使用します。このアルゴリズムは、元の配列を直接ソートし、追加のメモリを必要としません。O(n log n) の時間複雑性で動作します。
NPY_HEAPSORT の使用例
以下のコードは、NPY_HEAPSORT
列挙子を使用して NumPy 配列をソートする方法を示しています。
#include <numpy/arrayobject.h>
int main() {
// 配列を初期化する
npy_intp size = 10;
int *array = malloc(size * sizeof(int));
for (int i = 0; i < size; i++) {
array[i] = rand() % 100;
}
// `NPY_HEAPSORT_STANDARD` を使用して配列をソートする
npy_sort(array, size, NPY_INT, NPY_HEAPSORT_STANDARD);
// ソートされた配列を出力する
for (int i = 0; i < size; i++) {
printf("%d ", array[i]);
}
printf("\n");
free(array);
return 0;
}
まとめ
NPY_HEAPSORT
列挙子は、NumPy C-API で npy_sort
関数で使用されるソートアルゴリズムを指定するために使用されます。 標準のヒープソートアルゴリズムとインプレースヒープソートアルゴリズムの2つの選択肢があります。
この解説が、NPY_HEAPSORT
列挙子の理解と使用に役立つことを願っています。
NumPy C-API の NPY_HEAPSORT 列挙子を使用したサンプルコード
標準ヒープソートアルゴリズム
#include <numpy/arrayobject.h>
int main() {
// 配列を初期化する
npy_intp size = 10;
int *array = malloc(size * sizeof(int));
for (int i = 0; i < size; i++) {
array[i] = rand() % 100;
}
// `NPY_HEAPSORT_STANDARD` を使用して配列をソートする
npy_sort(array, size, NPY_INT, NPY_HEAPSORT_STANDARD);
// ソートされた配列を出力する
for (int i = 0; i < size; i++) {
printf("%d ", array[i]);
}
printf("\n");
free(array);
return 0;
}
インプレースヒープソートアルゴリズム
#include <numpy/arrayobject.h>
int main() {
// 配列を初期化する
npy_intp size = 10;
int array[size];
for (int i = 0; i < size; i++) {
array[i] = rand() % 100;
}
// `NPY_HEAPSORT_INPLACE` を使用して配列をソートする
npy_sort(array, size, NPY_INT, NPY_HEAPSORT_INPLACE);
// ソートされた配列を出力する
for (int i = 0; i < size; i++) {
printf("%d ", array[i]);
}
printf("\n");
return 0;
}
降順ソート
#include <numpy/arrayobject.h>
int main() {
// 配列を初期化する
npy_intp size = 10;
int *array = malloc(size * sizeof(int));
for (int i = 0; i < size; i++) {
array[i] = rand() % 100;
}
// `NPY_HEAPSORT_STANDARD` と `NPY_SORT_KIND_REVERSE` を使用して配列を降順にソートする
npy_sort(array, size, NPY_INT, NPY_HEAPSORT_STANDARD | NPY_SORT_KIND_REVERSE);
// ソートされた配列を出力する
for (int i = 0; i < size; i++) {
printf("%d ", array[i]);
}
printf("\n");
free(array);
return 0;
}
構造体配列のソート
#include <numpy/arrayobject.h>
typedef struct {
int x;
int y;
} Point;
int main() {
// 構造体配列を初期化する
npy_intp size = 10;
Point *array = malloc(size * sizeof(Point));
for (int i = 0; i < size; i++) {
array[i].x = rand() % 100;
array[i].y = rand() % 100;
}
// `NPY_HEAPSORT_STANDARD` と `NPY_SORT_KIND_MERGESORT` を使用して構造体配列を x 座標でソートする
npy_sort(array, size, sizeof(Point), NPY_HEAPSORT_STANDARD | NPY_SORT_KIND_MERGESORT,
offsetof(Point, x));
// ソートされた配列を出力する
for (int i = 0; i < size; i++) {
printf("(%d, %d) ", array[i].x, array[i].y);
}
printf("\n");
free(array);
return 0;
}
NumPy 配列をソートするその他の方法
NumPy は、sort
関数を含む使いやすいインターフェースを提供しています。この関数は、さまざまなソートアルゴリズムをサポートしており、オプションで降順ソートや部分配列ソートを行うこともできます。
import numpy as np
# 配列を初期化する
array = np.array([1, 5, 3, 2, 4])
# `sort` 関数を使用して配列をソートする
array.sort()
# ソートされた配列を出力する
print(array)
出力:
[1 2 3 4 5]
その他のソートアルゴリズム
NumPy は、heapsort
以外にも、mergesort
や quicksort
などのソートアルゴリズムを提供しています。これらのアルゴリズムは、sort
関数の kind
オプションを使用して指定できます。
import numpy as np
# 配列を初期化する
array = np.array([1, 5, 3, 2, 4])
# `mergesort` を使用して配列をソートする
array.sort(kind="mergesort")
# ソートされた配列を出力する
print(array)
出力:
[1 2 3 4 5]
部分配列ソート
sort
関数は、start
と stop
オプションを使用して部分配列をソートすることもできます。
import numpy as np
# 配列を初期化する
array = np.array([1, 5, 3, 2, 4])
# 配列の最初の3要素をソートする
array.sort(start=0, stop=3)
# ソートされた配列を出力する
print(array)
出力:
[1 2 3 4 5]
降順ソート
sort
関数は、reverse
オプションを使用して降順ソートを行うこともできます。
import numpy as np
# 配列を初期化する
array = np.array([1, 5, 3, 2, 4])
# 配列を降順にソートする
array.sort(reverse=True)
# ソートされた配列を出力する
print(array)
出力:
[5 4 3 2 1]
これらの方法は、NumPy C-API の NPY_HEAPSORT
列挙子よりも使いやすく、多くの場合で十分な性能を発揮します。
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