Dalam artikel ini, kita akan mempelajari cara kerja algoritma Quick Sort secara mendalam, melihat implementasi kode dalam bahasa pemrograman tertentu, serta menganalisis kompleksitas waktu dan ruang dari algoritma ini.
Dengan pemahaman yang baik tentang Quick Sort, kita akan dapat menggunakannya secara efektif dalam menangani berbagai masalah pengurutan data.
Section Artikel
Pengertian Algoritma Quick Sort
Algoritma Quick Sort adalah salah satu algoritma pengurutan yang efisien dan banyak digunakan dalam pemrograman. Metode ini menggunakan pendekatan “Pecah dan Taklukkan” untuk mengurutkan elemen-elemen dalam sebuah daftar atau array.
Dalam prosesnya, algoritma ini memilih suatu elemen sebagai pivot dan kemudian mempartisi sisa elemen-elemen ke dalam dua kelompok: elemen-elemen yang lebih kecil dari pivot, dan elemen-elemen yang lebih besar dari pivot. Setelah itu, Quick Sort secara rekursif mengurutkan kedua kelompok tersebut hingga seluruh elemen berada pada posisi yang tepat.
Algoritma Quick Sort adalah metode pengurutan data yang efisien dan populer dalam ilmu komputer. Prinsip kerjanya berdasarkan metode “Pecah dan Taklukkan,” di mana data yang akan diurutkan dipartisi menjadi dua bagian, lalu bagian-bagian tersebut diurutkan secara terpisah, dan akhirnya digabungkan kembali.
Cara Kerja Algoritma Quick Sort
Algoritma Quick Sort adalah salah satu algoritma pengurutan yang efisien dan berbasis pemecahan masalah secara rekursif. Cara kerjanya dapat dijelaskan dalam beberapa langkah sebagai berikut:
1. Pemilihan Pivot
Pertama, algoritma Quick Sort memilih sebuah elemen dari data yang akan diurutkan sebagai pivot. Pemilihan pivot dapat dilakukan dengan berbagai cara, seperti memilih elemen pertama, terakhir, atau bahkan elemen di tengah data. Pemilihan pivot yang cerdas dapat membantu meningkatkan kinerja algoritma.
2. Partisi Data
Setelah pivot dipilih, algoritma melakukan proses partisi pada data. Ini berarti semua elemen dalam data akan dibagi menjadi dua kelompok. Elemen-elemen yang lebih kecil dari pivot akan berada di satu kelompok, sementara elemen-elemen yang lebih besar dari pivot akan berada di kelompok lain.
Misalkan kita memiliki data berikut: [45, 23, 11, 89, 77, 98, 4, 28].
Jika kita memilih elemen pertama (45) sebagai pivot, setelah proses partisi, data dapat menjadi seperti ini:
[23, 11, 4, 28, 45, 89, 77, 98]
Sekarang, pivot (45) berada pada posisi yang benar, di antara elemen-elemen yang lebih kecil dan lebih besar dari pivot.
3. Rekursif pada Sub-Array
Setelah partisi, kita memiliki dua sub-array terpisah, yaitu sub-array dengan elemen-elemen yang lebih kecil dari pivot (23, 11, 4, 28) dan sub-array dengan elemen-elemen yang lebih besar dari pivot (89, 77, 98).
Langkah berikutnya adalah menerapkan algoritma Quick Sort secara rekursif pada kedua sub-array tersebut. Algoritma ini akan terus diterapkan hingga setiap sub-array hanya berisi satu elemen atau tidak memiliki elemen sama sekali (array kosong).
4. Penggabungan (Combine)
Setelah semua sub-array terurut, tahap akhir dari algoritma Quick Sort adalah menggabungkan hasil pengurutan tersebut menjadi satu kesatuan. Hasil akhirnya adalah array yang telah diurutkan secara keseluruhan.
Dengan contoh di atas, setelah mengurutkan kedua sub-array, kita akan mendapatkan:
[4, 11, 23, 28, 45, 77, 89, 98]
5. Selesai
Proses Quick Sort selesai, dan data telah berhasil diurutkan dengan cepat dan efisien.
Kelebihan Algoritma Quick Sort
Algoritma Quick Sort memiliki beberapa kelebihan yang membuatnya menjadi pilihan yang baik dalam mengurutkan data. Berikut adalah beberapa kelebihan utama dari Algoritma Quick Sort:
1. Efisiensi Waktu
Algoritma Quick Sort memiliki efisiensi waktu yang sangat baik. Pada rata-rata kasus, kompleksitas waktu algoritma ini adalah O(n log n), di mana “n” adalah jumlah elemen dalam data yang akan diurutkan. Dengan kompleksitas waktu yang cepat, Quick Sort sangat efisien untuk mengurutkan data yang besar.
2. Efisiensi Penggunaan Memori
Quick Sort hanya memerlukan sedikit ruang tambahan untuk menyimpan beberapa indeks dan variabel sementara. Hal ini menjadikannya algoritma yang efisien dalam penggunaan memori. Dalam implementasinya, Quick Sort dapat bekerja dengan baik dalam lingkungan dengan sumber daya terbatas.
3. Stabilitas (stability)
Algoritma Quick Sort adalah algoritma pengurutan tidak stabil, artinya jika ada elemen dengan nilai yang sama, urutan relatif mereka mungkin berubah setelah proses pengurutan.
Meskipun terkadang stabilitas diperlukan, dalam beberapa kasus, stabilitas tidak dianggap sebagai masalah yang kritis. Kecepatan dan efisiensi penggunaan memori menjadi lebih penting, dan di sinilah Quick Sort unggul.
4. Penanganan Data Besar
Salah satu kekuatan utama dari Quick Sort adalah kinerjanya yang sangat baik dalam menangani data yang sangat besar. Ketika dihadapkan pada data yang besar, Quick Sort cenderung mengungguli algoritma pengurutan lainnya, seperti Bubble Sort atau Insertion Sort.
5. Kemampuan Paralel
Algoritma Quick Sort memungkinkan pelaksanaan paralel yang efisien. Dalam beberapa kasus, data dapat dipartisi dan diurutkan secara independen dalam beberapa proses atau thread, meningkatkan kinerja secara keseluruhan.
Kekurangan Algoritma Quick Sort
Algoritma Quick Sort, meskipun memiliki banyak kelebihan, juga memiliki beberapa kekurangan. Berikut adalah beberapa kekurangan dari Algoritma Quick Sort:
1. Ketidakstabilan (Unstability)
Algoritma Quick Sort adalah algoritma pengurutan yang tidak stabil. Artinya, jika terdapat elemen dengan nilai yang sama, urutan relatif mereka mungkin berubah setelah proses pengurutan. Hal ini menjadi masalah jika stabilitas data menjadi pertimbangan penting dalam kasus tertentu.
2. Kinerja Terburuk (Worst-Case Performance)
Kinerja Algoritma Quick Sort dapat menjadi buruk pada kasus terburuk, yaitu ketika pivot dipilih secara tidak optimal dan data sudah terurut atau hampir terurut. Dalam skenario ini, Quick Sort dapat berjalan dengan kompleksitas waktu O(n^2), di mana “n” adalah jumlah elemen dalam data.
Ini terjadi karena setiap pemilihan pivot menyebabkan partisi data menjadi dua bagian yang tidak seimbang, dan ini dapat terus terjadi pada setiap rekursi, memperlambat proses pengurutan.
3. Tergantung pada Pemilihan Pivot
Kinerja Algoritma Quick Sort sangat dipengaruhi oleh pemilihan pivot yang cerdas. Jika pivot dipilih dengan buruk atau dalam kasus terburuk, performa algoritma dapat menjadi jauh lebih buruk dibandingkan dengan algoritma pengurutan lainnya. Memilih pivot yang benar-benar acak atau selalu memilih elemen terakhir sebagai pivot dapat menyebabkan ketidakseimbangan dalam partisi data.
4. Tidak Cocok untuk Data Terikat (Linked List)
Algoritma Quick Sort tidak secara alami cocok untuk data terikat (linked list) karena pengaksesan elemen secara acak dalam linked list tidak efisien. Jika kita ingin mengurutkan data terikat menggunakan Quick Sort, kita harus mempertimbangkan strategi khusus untuk mengakses dan mempartisi data secara efisien.
Contoh Algoritma Quick Sort
Kinerja rata-rata dari algoritma QuickSort adalah O(n log n). Algoritma QuickSort seringkali lebih cepat dalam penggunaan nyata dibandingkan dengan algoritma MergeSort dan HeapSort. Berikut adalah contoh program dalam bahasa C untuk implementasi algoritma QuickSort:
