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HeitorLouzeiro / proof-1-data-structure-II

First test of data structure II carried out evaluation of sorting algorithms.

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Implementação e Análise de Desempenho de Algoritmos de Ordenação

Este projeto consiste na implementação e análise de desempenho de algoritmos de ordenação. Os algoritmos implementados são:

  • Bubble Sort
  • Bubble Sort Versão 1
  • Bubble Sort Versão 2
  • Insert Sort
  • Select Sort
  • Merge Sort
  • Quick Sort
  • Heap Sort

Dados para teste

Para realizar os testes de desempenho, foram utilizados os seguintes conjuntos de dados:

  • Lista de números ordenados: uma lista de 1 a 1.000.000 em ordem crescente.
  • Lista de números inversamente ordenados: uma lista de 1.000.000 a 1 em ordem decrescente.
  • Lista de números aleatórios: uma lista de 1.000.000 de números gerados aleatoriamente.

Especificações da Máquina

Para realizar os testes de desempenho, foram utilizadas as seguintes especificações de hardware:

  • Processador: Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2430 0 @ 2.20GHz 2.20 GHz
  • Memória RAM: 16 GB
  • Tipo de Armazenamento: 480 GB SSD
  • O sistema operacional utilizado foi: Windows 11 Pro

É importante observar que as características do hardware e do sistema operacional podem influenciar nos resultados obtidos.

Benchmark utilizando JMH (Java Microbenchmark Harness)

Nesta seção, apresentamos informações detalhadas sobre o ambiente de benchmark utilizado, incluindo a versão do JMH, a versão da VM Java, as opções de VM, o modo de execução e as configurações específicas.

Ambiente de Benchmark

  • JMH version: 1.32: A versão do JMH que está sendo utilizada para os benchmarks.

  • VM version: JDK 17.0.10, OpenJDK 64-Bit Server VM, 17.0.10+7: A versão da máquina virtual Java (VM) que está sendo utilizada para executar os benchmarks. É a versão do JDK (Java Development Kit) e a versão específica da VM.

  • Blackhole: full + dont-inline hint: Garante consumo de operações e evita otimizações.

  • Warmup: 2 iterações, 10 segundos cada. Prepara o código, carrega na memória e permite que a JVM otimize para um desempenho mais estável antes das medições reais dos benchmarks.

  • Measurement: 1 iteração, 10 segundos cada: A fase de medição dos benchmarks. Será realizada uma iteração com duração de 10 segundos para coletar as medições de desempenho.

  • Timeout: 10 minutos por iteração: O tempo máximo permitido para a execução de cada iteração dos benchmarks. Caso uma iteração ultrapasse esse limite de tempo, ela será interrompida.

  • Threads: 1 thread, será sincronizada nas iterações: O número de threads que serão utilizadas durante os benchmarks. Nesse caso, será utilizada apenas uma thread, que será sincronizada nas iterações para garantir a consistência dos resultados.

  • Modo de benchmark: Tempo médio, tempo/op: O modo de benchmark que está sendo utilizado para medir o desempenho. Será calculado o tempo médio de execução de cada operação (tempo/op), fornecendo uma medida de desempenho mais precisa.

Essas informações fornecem detalhes sobre o ambiente de benchmark usado para realizar as medições de desempenho dos algoritmos de ordenação. É importante observar que essas configurações podem afetar os resultados obtidos e devem ser levadas em consideração ao interpretar os dados apresentados.

Resultados e Métricas

Os algoritmos de ordenação foram testados e as seguintes métricas foram coletadas:

  • Quantidade de comparações efetuadas
  • Número de trocas realizadas
  • Tempo total de execução em segundos

Os resultados obtidos foram organizados em tabelas para facilitar a análise comparativa. A seguir, apresentamos os resultados obtidos para cada algoritmo de ordenação.

Bubble Sort

Ordenado

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Ordernado 99990000 0 0,053
100000 Ordernado 9999900000 0 5,036
1000000 Ordernado 999999000000 0 500,068

Inversamente Ordenado

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Invertido 99990000 49995000 0,142
100000 Invertido 9999900000 4999950000 13,869
1000000 Invertido 999999000000 499999500000 1309,991

Ordem Aleatoria

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Aleatorio 99990000 25192090 0,218
100000 Aleatorio 9999900000 2497055573 22,576
1000000 Aleatorio 999999000000 249933933249 2280,143

Bubble Sort V1

Ordenado

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Ordernado 49995000 0 0,025
100000 Ordernado 4999950000 0 5,036
1000000 Ordernado 499999500000 0 227,584

Inversamente Ordenado

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Invertido 49995000 49995000 0,049
100000 Invertido 4999950000 4999500000 13,869
1000000 Invertido 499999500000 499999500000 452,442

Ordem Aleatoria

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Aleatorio 49995000 25032809 0,154
100000 Aleatorio 4999950000 924942809 22,576
1000000 Aleatorio 499999500000 249933933249 1668,771

Bubble Sort V2

Ordenado

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Ordernado 9999 0 0,001
100000 Ordernado 9999900000 0 0,009
1000000 Ordernado 999999000000 0 0,089

Inversamente Ordenado

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Invertido 99990000 49995000 0,140
100000 Invertido 1000089999 4999500000 13,869
1000000 Invertido 999999000000 499999500000 1316,679

Ordem Aleatoria

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Aleatorio 98470152 25032809 0,187
100000 Aleatorio 999990000 924942809 22,576
1000000 Aleatorio 997615002384 249933933249 2102,976

Insert Sort

Ordenado

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Ordernado 9999 0 0,001
100000 Ordernado 99999 0 0,009
1000000 Ordernado 999999 0 0,092

Inversamente Ordenado

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Invertido 9999 49995000 0,037
100000 Invertido 99999 4999950000 12,993
1000000 Invertido 999999 499999500000 1368,534

Ordem Aleatoria

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Aleatorio 9999 25187530 0,023
100000 Aleatorio 99999 2501955256 1,970
1000000 Aleatorio 999999 250179051997 680,213

Select Sort

Ordenado

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Ordernado 49995000 0 0,025
100000 Ordernado 4999950000 0 5,036
1000000 Ordernado 499999500000 0 221,664

Inversamente Ordenado

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Invertido 49995000 5000 0,101
100000 Invertido 4999950000 50000 13,869
1000000 Invertido 499999500000 500000 526,203

Ordem Aleatoria

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Aleatorio 49995000 9990 0,034
100000 Aleatorio 4999950000 99990 22,576
1000000 Aleatorio 499999500000 999989 291,880

Merge Sort

Ordenado

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Ordernado 69008 133616 0,075
100000 Ordernado 853904 1668928 6,765
1000000 Ordernado 10066432 19951424 672,852

Inversamente Ordenado

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Invertido 64608 133616 0,076
100000 Invertido 815024 1668928 6,801
1000000 Invertido 9884992 19951424 680,382

Ordem Aleatoria

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Aleatorio 120421 133616 0,077
100000 Aleatorio 1536369 1668928 6,937
1000000 Aleatorio 9884992 19951424 681,039

Quick Sort

Ordenado

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Ordernado 9999 0 0,001
100000 Ordernado 99999 0 0,014
1000000 Ordernado 999999 0 0,119

Inversamente Ordenado

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Invertido 14999 5000 0,001
100000 Invertido 149999 50000 0,012
1000000 Invertido 1499999 500000 0,123

Ordem Aleatoria

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Aleatorio 41151 31152 0,002
100000 Aleatorio 487904 387905 0,022
1000000 Aleatorio 5588676 4588677 0,230

Heap Sort

Ordenado

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Ordernado 136956 9999 0,002
100000 Ordernado 273609 99999 0,023
1000000 Ordernado 1623609 999999 0,229

Inversamente Ordenado

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Invertido 121696 9999 0,002
100000 Invertido 263630 99999 0,023
1000000 Invertido 1613630 999999 0,242

Ordem Aleatoria

Tamanho do Vetor Tipo Comparações Trocas Tempo de Execução (s)
10000 Aleatorio 129126 9999 0,003
100000 Aleatorio 270993 99999 0,027
1000000 Aleatorio 1620993 999999 0,314

Os resultados apresentados demonstram a eficiência e o desempenho de cada algoritmo de ordenação, levando em consideração as métricas essenciais mencionadas.

Conclusão

Através da análise comparativa dos resultados obtidos, é possível observar como as características do hardware e do sistema operacional podem influenciar no desempenho dos algoritmos de ordenação. Essa compreensão mais profunda nos permite avaliar a melhor escolha de algoritmo de ordenação de acordo com o contexto de uso.

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First test of data structure II carried out evaluation of sorting algorithms.

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