Relatório de Comparação de Algoritmos de Ordenação

O código executa algoritmos de ordenação e tem como resultado arquivos para análise e composição de relatório comparativo entre os métodos.

É executado os algoritmos de ordenação definidos em ordenacao.

Cada algoritmo é executado múltiplas vezes tendo o tamanho da entrada (n) variado de n=25 até n=TAMANHO_DE_VETOR_MAXIMO com incremento de 5.
Para cada n, é executado QUANTIDADE_DE_TESTES vezes o algoritmo de ordenação sobre o mesmo vetor, e a média do tempo de execução é considerada o tempo de execução final para o respectivo valor de n.

Além disso, dependendo dos argumentos de execução, o tipo do vetor pode variar entre aleatório, ordenado (crescente), ordenado invertido (decrescente) ou os 3.

Como saída, o código tem 2 tipos de arquivos:

Arquivo .dat
Para cada algoritmo de ordenação e para cada tipo de vetor, é um arquivo no formato (n, tempo de execução). Ou seja, contém a relação de, para um determinado valor de n, qual foi o tempo de execução final.
Arquivo .csv
Para cada algoritmo de ordenação e para cada tipo de vetor, é um arquivo que imprime uma tabela contendo o tempo de execução de cada QUANTIDADE_DE_TESTES execução, a média e o desvio padrão para os valores n=25, n=100, n=1000, n=10000.

Arquivos de saída

Arquivo .dat

O arquivo .dat está formatado de forma que seja facilmente plotado no gnuplot (https://www.cs.hmc.edu/~vrable/gnuplot/using-gnuplot.html).

São exemplos de arquivos:

bubble_sort-aleatorio.dat
bubble_sort-ordenado_inverso.dat
bubble_sort-ordenado.dat
insertion_sort-aleatorio.dat
...

Exemplo do conteúdo do arquivo:

25	0.000002
30	0.000002
35	0.000003
...
9995	0.203552
10000	0.204290

Para que seja plotado, é necessário entrar na pasta onde o arquivo está contido.
O código abaixo define configurações básicas do gnuplot:

gnuplot
set grid
set title "Metodos de Ordenacao"
set xlabel "Quantidade de elementos (n)"
set ylabel "Tempo de execucao em segundos (t)"
set yrange[0:0.3]
# set yrange[0:0.0003]

Por fim, códigos para plot de cada método de ordenação:

Bubble Sort

set title "Bubble Sort"

plot "bubble_sort-aleatorio.dat" title "Aleatorio"
plot "bubble_sort-ordenado.dat" title "Ordenado"
plot "bubble_sort-ordenado_inverso.dat" title "Ordenado Invertido"

plot "bubble_sort-aleatorio.dat" title "Aleatorio", "bubble_sort-ordenado.dat" title "Ordenado", "bubble_sort-ordenado_inverso.dat" title "Ordenado Invertido"

Insertion Sort

set title "Insertion Sort"

plot "insertion_sort-aleatorio.dat" title "Aleatorio"
plot "insertion_sort-ordenado.dat" title "Ordenado"
plot "insertion_sort-ordenado_inverso.dat" title "Ordenado Invertido"

plot "insertion_sort-aleatorio.dat" title "Aleatorio", "insertion_sort-ordenado.dat" title "Ordenado", "insertion_sort-ordenado_inverso.dat" title "Ordenado Invertido"

Merge Sort

set title "Merge Sort"

plot "merge_sort-aleatorio.dat" title "Aleatorio"
plot "merge_sort-ordenado.dat" title "Ordenado"
plot "merge_sort-ordenado_inverso.dat" title "Ordenado Invertido"

plot "merge_sort-aleatorio.dat" title "Aleatorio", "merge_sort-ordenado.dat" title "Ordenado", "merge_sort-ordenado_inverso.dat" title "Ordenado Invertido"

Heap Sort

set title "Heap Sort"

plot "heap_sort-aleatorio.dat" title "Aleatorio"
plot "heap_sort-ordenado.dat" title "Ordenado"
plot "heap_sort-ordenado_inverso.dat" title "Ordenado Invertido"

plot "heap_sort-aleatorio.dat" title "Aleatorio", "heap_sort-ordenado.dat" title "Ordenado", "heap_sort-ordenado_inverso.dat" title "Ordenado Invertido"

Quick Sort

set title "Quick Sort"

plot "quick_sort-aleatorio.dat" title "Aleatorio"
plot "quick_sort-ordenado.dat" title "Ordenado"
plot "quick_sort-ordenado_inverso.dat" title "Ordenado Invertido"

plot "quick_sort-aleatorio.dat" title "Aleatorio", "quick_sort-ordenado.dat" title "Ordenado", "quick_sort-ordenado_inverso.dat" title "Ordenado Invertido"

E códigos para plot de comparação entre os métodos de ordenação com diferente tipos de vetores:

plot "bubble_sort-aleatorio.dat" title "Bubble Sort", "insertion_sort-aleatorio.dat" title "Insertion Sort", "merge_sort-aleatorio.dat" title "Merge Sort"

plot "bubble_sort-ordenado.dat" title "Bubble Sort", "insertion_sort-ordenado.dat" title "Insertion Sort", "merge_sort-ordenado.dat" title "Merge Sort"

plot "bubble_sort-ordenado_inverso.dat" title "Bubble Sort", "insertion_sort-ordenado_inverso.dat" title "Insertion Sort", "merge_sort-ordenado_inverso.dat" title "Merge Sort"

plot "heap_sort-aleatorio.dat" title "Heap Sort", "quick_sort-aleatorio.dat" title "Quick Sort"

plot "bubble_sort-aleatorio.dat" title "Bubble Sort", "insertion_sort-aleatorio.dat" title "Insertion Sort", "merge_sort-aleatorio.dat" title "Merge Sort", "quick_sort-aleatorio.dat" title "Quick Sort", "heap_sort-aleatorio.dat" title "Heap Sort"

Arquivo .csv

O arquivo .csv está formatado para gerar uma tabela no seguinte formato:

            1  2  3  4  5  6  7  8  9  10 | Média ± Desvio Padrão
25          
10                 tempo para n no teste t
100
10000

São exemplos de arquivos:

bubble_sort-aleatorio.csv
bubble_sort-ordenado_inverso.csv
...

Exemplo do conteúdo do arquivo:

,,Iteração,,,,,,,,,,
,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,Média ± Desvio Padrão
n,25,0.000004,0.000003,0.000001,0.000002,0.000001,0.000001,0.000001,0.000001,0.000002,0.000002,0.000002 ± 0.000001
,100,0.000025,0.000024,0.000023,0.000023,0.000022,0.000022,0.000022,0.000035,0.000022,0.000022,0.000024 ± 0.000004
,1000,0.001939,0.001900,0.001916,0.001901,0.001950,0.001836,0.001889,0.001906,0.001893,0.001949,0.001908 ± 0.000032
,10000,0.203963,0.203592,0.203993,0.203535,0.204515,0.204753,0.204612,0.204607,0.204367,0.204968,0.204290 ± 0.000468

Na pratica, a ideia é que o .csv seja utilizado para gerar uma tabela que pode ser colocada no relatório.
Para isso, basta importar o arquivo em um Excel, formatar e imprimir como PDF.
Exemplo:

Requisitos

Para que o código armazene os arquivos de saida de forma organizada, é necessário criar uma pasta chamada resultados.

Dentro da pasta resultados é necessário criar uma pasta para cada algoritmo de ordenação, sendo que o nome da pasta é o nome definido no DEFINE no arquivo ordenacoes.h. Nesta pastas serão armazenados os códigos .dat.

Além disso, é necessário criar uma pasta dentro de resultados chamada testes onde serão armazenados os arquivos .csv.

Exemplo de estrutura dos diretórios:

resultados
├── bubble_sort
│   ├── bubble_sort-aleatorio.dat
│   ├── bubble_sort-ordenado.dat
│   ├── bubble_sort-ordenado_inverso.dat
├── insertion_sort
│   ├── insertion_sort-aleatorio.dat
│   ├── insertion_sort-ordenado.dat
│   ├── insertion_sort-ordenado_inverso.dat
├── merge_sort
│   ├── merge_sort-aleatorio.dat
│   ├── merge_sort-ordenado.dat
│   ├── merge_sort-ordenado_inverso.dat
└── testes
    ├── bubble_sort-aleatorio.csv
    ├── bubble_sort-ordenado.csv
    ├── bubble_sort-ordenado_inverso.csv
    ├── insertion_sort-aleatorio.csv
    ├── insertion_sort-ordenado.csv
    ├── insertion_sort-ordenado_inverso.csv
    ├── merge_sort-aleatorio.csv
    ├── merge_sort-ordenado.csv
    ├── merge_sort-ordenado_inverso.csv

Execução

Remover arquivos .o:

make clean

Compilar:

make

O sistema permite dois tipos de execução:

Informando o tipo de vetor que será fornecido para os algoritmos (aleatório,ordenado e ordenado invertido);
Não informando o tipo de vetor que será fornecido para os algoritmos. Neste caso, os 3 tipos serão fornecidos.

Para o modo 1, execute o seguite comando:

./relatorio [tipo_de_vetor] > .out

Sendo tipo_de_vetor = 1 se aleatório, tipo_de_vetor = 2 se ordenado (crescente) e tipo_de_vetor = 3 se ordenado invertido (decrescente). Exemplo:

./relatorio 1 > .out

Para o modo 2, execute o seguinte comando:

./relatorio > .out

Tutorial

Como adicionar um novo método de ordenação?

Para adicionar um novo método de ordenação, é necessário fazer modificações em 3 arquivos: ordenacoes.h, ordenacoes.c e relatorio.c.

ordenacoes.h
i. Defina uma variável ORDENACAO[ID] com o ID da ordenação;
ii. Defina uma variável ORDENACAO[ID]_NOME com o nome da ordenação. Este nome será o nome da pasta em resultados;
iii. Adicione a assinatura da função do algoritmo de ordenação.
ordenacoes.c
i. Adicione a função do algoritmo de ordenação;
ii. Retorne o nome da ordenação com base no ID na função nome_ordenacao_por_codigo.
relatorio.c
i. Na função executar_testes, defina cria_arquivo_dat e cria_arquivo_csv;
ii. Defina o vetor_ordenacao;
iii. Defina tempo_de_execucao_ordenacao e soma_ordenacao;
iv. Defina ordenar e configure a função;
v. Definir e calcular media_ordenacao e desvio_padrao_ordenacao;
vi. Definir escrever_dat e escrever_csv;
vii. Definir liberação de memória.

Project to assist in Introduction to Computer Science Laboratory II (SCC0220) - Computer Science @ Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) - Universidade de São Paulo (USP). São Carlos, Brazil, 2021.

brunamagrinidacruz / sorting-algorithms-comparison