|
| 1 | +**K-way merge** (trộn K dãy) là một kỹ thuật trong khoa học máy tính dùng để hợp nhất **K danh sách hoặc K luồng dữ liệu đã được sắp xếp** thành một danh sách duy nhất cũng được sắp xếp. Đây là một bước quan trọng trong các thuật toán xử lý dữ liệu lớn như **external sorting**, **merge sort đa đường**, hay khi trộn nhiều file log đã sắp xếp. |
| 2 | + |
| 3 | +Dưới đây là phần giải thích đầy đủ và có hệ thống: |
| 4 | + |
| 5 | +--- |
| 6 | + |
| 7 | +## 1. Vấn đề đặt ra |
| 8 | + |
| 9 | +Bạn có **K danh sách đã được sắp xếp theo thứ tự tăng dần**, ví dụ: |
| 10 | + |
| 11 | +* L1: 1, 9, 17 |
| 12 | +* L2: 2, 3, 20 |
| 13 | +* L3: 4, 8, 15 |
| 14 | +* … đến LK |
| 15 | + |
| 16 | +Yêu cầu: trộn K danh sách này thành một danh sách duy nhất vẫn theo thứ tự tăng dần. |
| 17 | + |
| 18 | +Nếu trộn hai danh sách (2-way merge) thì dễ. Nhưng khi số danh sách tăng lên K, hiệu quả trở thành vấn đề. |
| 19 | + |
| 20 | +--- |
| 21 | + |
| 22 | +## 2. Ý tưởng chính |
| 23 | + |
| 24 | +Để tìm phần tử tiếp theo nhỏ nhất, ta chỉ cần nhìn **phần tử đầu tiên** của mỗi danh sách (vì từng danh sách đã được sắp xếp). |
| 25 | + |
| 26 | +Tuy nhiên, nếu K lớn, mỗi lần tìm phần tử nhỏ nhất bằng cách quét tất cả K phần tử đầu là O(K), và tổng thời gian sẽ là O(N*K) — rất chậm. |
| 27 | + |
| 28 | +--- |
| 29 | + |
| 30 | +## 3. Tối ưu hóa bằng Min-Heap (bảo đảm hiệu suất tốt) |
| 31 | + |
| 32 | +Giải pháp chuẩn cho K-way merge là sử dụng **min-heap** (priority queue): |
| 33 | + |
| 34 | +1. Đưa phần tử đầu của mỗi danh sách vào một min-heap. |
| 35 | +2. Lặp lại cho đến khi heap rỗng: |
| 36 | + |
| 37 | + * Lấy phần tử nhỏ nhất từ heap (O(log K)). |
| 38 | + * Đẩy phần tử tiếp theo của danh sách mà phần tử đó thuộc về vào heap (nếu còn). |
| 39 | + |
| 40 | +### Độ phức tạp: |
| 41 | + |
| 42 | +* Có tổng cộng N phần tử. |
| 43 | +* Mỗi phần tử được push và pop một lần. |
| 44 | +* Chi phí mỗi thao tác là log K. |
| 45 | + |
| 46 | +=> **Tổng thời gian = O(N log K)** |
| 47 | +=> Đây là mức tối ưu trong thực tế. |
| 48 | + |
| 49 | +--- |
| 50 | + |
| 51 | +## 4. Ứng dụng thực tế |
| 52 | + |
| 53 | +* **External Merge Sort** (sắp xếp dữ liệu lớn hơn bộ nhớ): chia file thành nhiều “run” đã sắp xếp rồi dùng K-way merge để hợp nhất. |
| 54 | +* Hệ thống log phân tán: hợp nhất log từ nhiều máy đã sắp xếp theo timestamp. |
| 55 | +* Các thuật toán streaming, database engines, hệ thống tìm kiếm (search engines). |
| 56 | + |
| 57 | +--- |
| 58 | + |
| 59 | +## 5. Minh họa nhỏ |
| 60 | + |
| 61 | +Giả sử K = 3: |
| 62 | + |
| 63 | +Heap ban đầu: [1 (L1), 2 (L2), 4 (L3)] |
| 64 | +Lấy ra 1 → thêm phần tử tiếp theo của L1 (9) |
| 65 | +Heap: [2, 4, 9] |
| 66 | +Lấy ra 2 → thêm 3 |
| 67 | +Heap: [3, 4, 9] |
| 68 | +Lấy ra 3 → thêm 20 |
| 69 | +Heap: [4, 9, 20] |
| 70 | +… tiếp tục cho đến khi trộn xong. |
| 71 | + |
| 72 | +--- |
| 73 | + |
| 74 | +Nếu bạn muốn, tôi có thể cung cấp: |
| 75 | + |
| 76 | +* Mã minh họa (Python, Java, C++, v.v.) |
| 77 | +* So sánh với 2-way merge |
| 78 | +* Phân tích chi tiết hơn về hiệu suất bộ nhớ hoặc external sorting. |
| 79 | + |
0 commit comments