정렬 기법
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저자:
   Andrew Dalke와 Raymond Hettinger

파이썬 리스트에는 리스트를 제자리에서(in-place) 수정하는 내장
"list.sort()" 메서드가 있습니다. 또한, 이터러블로부터 새로운 정렬된 리
스트를 만드는 "sorted()" 내장 함수가 있습니다.

이 문서에서는, 파이썬을 사용하여 데이터를 정렬하는 다양한 기술을 살펴
봅니다.


정렬 기초
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간단한 오름차순 정렬은 매우 쉽습니다; 그저 "sorted()" 함수를 호출하면
됩니다. 새로운 정렬된 리스트를 반환합니다:

   >>> sorted([5, 2, 3, 1, 4])
   [1, 2, 3, 4, 5]

"list.sort()" 메서드를 사용할 수도 있습니다. 리스트를 제자리에서 수정
합니다 (그리고 혼동을 피하고자 "None"을 반환합니다). 일반적으로
"sorted()"보다 덜 편리합니다 - 하지만 원래 목록이 필요하지 않다면, 이
것이 약간 더 효율적입니다.

   >>> a = [5, 2, 3, 1, 4]
   >>> a.sort()
   >>> a
   [1, 2, 3, 4, 5]

또 다른 점은 "list.sort()" 메서드가 리스트에게만 정의된다는 것입니다.
이와 달리, "sorted()" 함수는 모든 이터러블을 받아들입니다.

   >>> sorted({1: 'D', 2: 'B', 3: 'B', 4: 'E', 5: 'A'})
   [1, 2, 3, 4, 5]


키 함수
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"list.sort()"와 "sorted()"는 모두 비교하기 전에 각 리스트 요소에 대해
호출할 함수(또는 다른 콜러블)를 지정하는 *key* 매개 변수를 가지고 있습
니다.

예를 들어, 다음은 대소 문자를 구분하지 않는 문자열 비교입니다:

   >>> sorted("This is a test string from Andrew".split(), key=str.casefold)
   ['a', 'Andrew', 'from', 'is', 'string', 'test', 'This']

*key* 매개 변수의 값은 단일 인자를 취하고 정렬 목적으로 사용할 키를 반
환하는 함수(또는 다른 콜러블)여야 합니다. 키 함수가 각 입력 레코드에
대해 정확히 한 번 호출되기 때문에 이 기법은 빠릅니다.

일반적인 패턴은 객체의 인덱스 중 일부를 키로 사용하여 복잡한 객체를 정
렬하는 것입니다. 예를 들어:

   >>> student_tuples = [
   ...     ('john', 'A', 15),
   ...     ('jane', 'B', 12),
   ...     ('dave', 'B', 10),
   ... ]
   >>> sorted(student_tuples, key=lambda student: student[2])   # 나이로 정렬합니다
   [('dave', 'B', 10), ('jane', 'B', 12), ('john', 'A', 15)]

같은 기법이 이름있는 어트리뷰트를 갖는 객체에서도 작동합니다. 예를 들
어:

   >>> class Student:
   ...     def __init__(self, name, grade, age):
   ...         self.name = name
   ...         self.grade = grade
   ...         self.age = age
   ...     def __repr__(self):
   ...         return repr((self.name, self.grade, self.age))

   >>> student_objects = [
   ...     Student('john', 'A', 15),
   ...     Student('jane', 'B', 12),
   ...     Student('dave', 'B', 10),
   ... ]
   >>> sorted(student_objects, key=lambda student: student.age)   # 나이로 정렬합니다
   [('dave', 'B', 10), ('jane', 'B', 12), ('john', 'A', 15)]

Objects with named attributes can be made by a regular class as shown
above, or they can be instances of "dataclass" or a *named tuple*.


operator 모듈 함수와 부분 함수 평가
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위에서 보여준 *키 함수* 패턴은 매우 일반적이므로, 파이썬은 액세스 함수
를 더 쉽고 빠르게 만드는 편리 함수를 제공합니다. "operator" 모듈에는
"itemgetter()", "attrgetter()" 및 "methodcaller()" 함수가 있습니다.

이러한 함수를 사용하면, 위의 예제가 더 간단 해지고 빨라집니다:

   >>> from operator import itemgetter, attrgetter

   >>> sorted(student_tuples, key=itemgetter(2))
   [('dave', 'B', 10), ('jane', 'B', 12), ('john', 'A', 15)]

   >>> sorted(student_objects, key=attrgetter('age'))
   [('dave', 'B', 10), ('jane', 'B', 12), ('john', 'A', 15)]

operator 모듈 함수는 다중 수준의 정렬을 허용합니다. 예를 들어, 먼저
*grade*로 정렬한 다음 *age*로 정렬하려면, 이렇게 합니다:

   >>> sorted(student_tuples, key=itemgetter(1,2))
   [('john', 'A', 15), ('dave', 'B', 10), ('jane', 'B', 12)]

   >>> sorted(student_objects, key=attrgetter('grade', 'age'))
   [('john', 'A', 15), ('dave', 'B', 10), ('jane', 'B', 12)]

The "functools" module provides another helpful tool for making key-
functions.  The "partial()" function can reduce the arity of a multi-
argument function making it suitable for use as a key-function.

   >>> from functools import partial
   >>> from unicodedata import normalize

   >>> names = 'Zoë Åbjørn Núñez Élana Zeke Abe Nubia Eloise'.split()

   >>> sorted(names, key=partial(normalize, 'NFD'))
   ['Abe', 'Åbjørn', 'Eloise', 'Élana', 'Nubia', 'Núñez', 'Zeke', 'Zoë']

   >>> sorted(names, key=partial(normalize, 'NFC'))
   ['Abe', 'Eloise', 'Nubia', 'Núñez', 'Zeke', 'Zoë', 'Åbjørn', 'Élana']


오름차순과 내림차순
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"list.sort()"와 "sorted()"는 모두 불리언 값을 갖는 *reverse* 매개 변수
를 받아들입니다. 내림차순 정렬을 지정하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 학
생 데이터를 역 *age* 순서로 얻으려면, 이렇게 합니다:

   >>> sorted(student_tuples, key=itemgetter(2), reverse=True)
   [('john', 'A', 15), ('jane', 'B', 12), ('dave', 'B', 10)]

   >>> sorted(student_objects, key=attrgetter('age'), reverse=True)
   [('john', 'A', 15), ('jane', 'B', 12), ('dave', 'B', 10)]


정렬 안정성과 복잡한 정렬
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정렬은 안정적임이 보장됩니다. 즉, 여러 레코드가 같은 키를 가질 때, 원
래의 순서가 유지됩니다.

   >>> data = [('red', 1), ('blue', 1), ('red', 2), ('blue', 2)]
   >>> sorted(data, key=itemgetter(0))
   [('blue', 1), ('blue', 2), ('red', 1), ('red', 2)]

*blue*에 대한 두 레코드가 원래 순서를 유지해서 "('blue', 1)"이
"('blue', 2)"보다 앞에 나옴이 보장됨에 유의하십시오.

이 멋진 속성은 일련의 정렬 단계로 복잡한 정렬을 만들 수 있도록 합니다.
예를 들어, 학생 데이터를 *grade*의 내림차순으로 정렬한 다음, *age*의
오름차순으로 정렬하려면, 먼저 *age* 정렬을 수행한 다음 *grade*를 사용
하여 다시 정렬합니다:

   >>> s = sorted(student_objects, key=attrgetter('age'))     # 두 번째 키로 정렬합니다
   >>> sorted(s, key=attrgetter('grade'), reverse=True)       # 이제 첫 번째 키로 내림차순 정렬합니다
   [('dave', 'B', 10), ('jane', 'B', 12), ('john', 'A', 15)]

이것은 다중 패스로 정렬하기 위해 필드와 순서의 튜플 리스트를 받을 수
있는 래퍼 함수로 추상화할 수 있습니다.

   >>> def multisort(xs, specs):
   ...     for key, reverse in reversed(specs):
   ...         xs.sort(key=attrgetter(key), reverse=reverse)
   ...     return xs

   >>> multisort(list(student_objects), (('grade', True), ('age', False)))
   [('dave', 'B', 10), ('jane', 'B', 12), ('john', 'A', 15)]

파이썬에서 사용된 Timsort 알고리즘은 데이터 집합에 이미 존재하는 순서
를 활용할 수 있으므로 효율적으로 여러 번의 정렬을 수행합니다.


장식-정렬-복원
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이 관용구는 그것의 세 단계를 따라 장식-정렬-복원(Decorate-Sort-
Undecorate)이라고 합니다:

* 첫째, 초기 리스트가 정렬 순서를 제어하는 새로운 값으로 장식됩니다.

* 둘째, 장식된 리스트를 정렬합니다.

* 마지막으로, 장식을 제거하여, 새 순서로 초깃값만 포함하는 리스트를 만
  듭니다.

예를 들어, DSU 방식을 사용하여 *grade*로 학생 데이터를 정렬하려면 다음
과 같이 합니다:

   >>> decorated = [(student.grade, i, student) for i, student in enumerate(student_objects)]
   >>> decorated.sort()
   >>> [student for grade, i, student in decorated]               # 복원
   [('john', 'A', 15), ('jane', 'B', 12), ('dave', 'B', 10)]

이 관용구는 튜플이 사전식으로 비교되기 때문에 작동합니다; 첫 번째 항목
이 비교됩니다; 그들이 같으면 두 번째 항목이 비교되고, 이런 식으로 계속
됩니다.

모든 경우에 장식된 리스트에 인덱스 *i*를 포함할 필요는 없지만, 두 가지
이점이 있습니다:

* 정렬이 안정적입니다 -- 두 항목이 같은 키를 가지면, 그 들의 순서가 정
  렬된 리스트에 유지됩니다.

* 장식된 튜플의 순서는 최대 처음 두 항목에 의해 결정되므로 원래 항목은
  비교 가능할 필요가 없습니다. 그래서 예를 들어, 원래 리스트에는 직접
  정렬될 수 없는 복소수가 포함될 수 있습니다.

이 관용구의 또 다른 이름은 펄 프로그래머들 사이에서 이것을 대중화한
Randal L. Schwartz의 이름을 딴 Schwartzian 변환입니다.

이제 파이썬 정렬이 키 함수를 제공하기 때문에, 이 기법은 자주 필요하지
않습니다.


비교 함수
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Unlike key functions that return an absolute value for sorting, a
comparison function computes the relative ordering for two inputs.

For example, a balance scale compares two samples giving a relative
ordering: lighter, equal, or heavier. Likewise, a comparison function
such as "cmp(a, b)" will return a negative value for less-than, zero
if the inputs are equal, or a positive value for greater-than.

It is common to encounter comparison functions when translating
algorithms from other languages.  Also, some libraries provide
comparison functions as part of their API.  For example,
"locale.strcoll()" is a comparison function.

To accommodate those situations, Python provides
"functools.cmp_to_key" to wrap the comparison function to make it
usable as a key function:

   sorted(words, key=cmp_to_key(strcoll))  # 로케일 인식 정렬 순서


잡동사니
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* 로케일 인식 정렬의 경우, 키 함수로는 "locale.strxfrm()"를, 비교 함수
  로는 "locale.strcoll()"을 사용하십시오. 이는 하부 알파벳이 같더라도
  문화권마다 "알파벳순" 정렬 순서가 다를 수 있기 때문에 필요합니다.

* *reverse* 매개 변수는 여전히 정렬 안정성을 유지합니다 (그래서 같은
  키를 갖는 레코드는 원래 순서를 유지합니다). 흥미롭게도, 그 효과는 내
  장 "reversed()" 함수를 두 번 사용하여 매개 변수 없이 흉내 낼 수 있습
  니다:

     >>> data = [('red', 1), ('blue', 1), ('red', 2), ('blue', 2)]
     >>> standard_way = sorted(data, key=itemgetter(0), reverse=True)
     >>> double_reversed = list(reversed(sorted(reversed(data), key=itemgetter(0))))
     >>> assert standard_way == double_reversed
     >>> standard_way
     [('red', 1), ('red', 2), ('blue', 1), ('blue', 2)]

* 정렬 루틴은 두 객체를 비교할 때 "<"를 사용합니다. 따라서 "__lt__()"
  메서드를 정의하여, 표준 정렬 순서를 클래스에 추가하기는 쉽습니다:

     >>> Student.__lt__ = lambda self, other: self.age < other.age
     >>> sorted(student_objects)
     [('dave', 'B', 10), ('jane', 'B', 12), ('john', 'A', 15)]

  However, note that "<" can fall back to using "__gt__()" if
  "__lt__()" is not implemented (see "object.__lt__()" for details on
  the mechanics).  To avoid surprises, **PEP 8** recommends that all
  six comparison methods be implemented. The "total_ordering()"
  decorator is provided to make that task easier.

* 키 함수는 정렬되는 객체에 직접 의존할 필요가 없습니다. 키 함수는 외
  부 자원에 액세스할 수도 있습니다. 예를 들어, 학생 성적이 딕셔너리에
  저장되어 있다면, 학생 이름의 별도 리스트를 정렬하는 데 사용할 수 있
  습니다:

     >>> students = ['dave', 'john', 'jane']
     >>> newgrades = {'john': 'F', 'jane':'A', 'dave': 'C'}
     >>> sorted(students, key=newgrades.__getitem__)
     ['jane', 'dave', 'john']


Partial Sorts
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Some applications require only some of the data to be ordered.  The
standard library provides several tools that do less work than a full
sort:

* "min()" and "max()" return the smallest and largest values,
  respectively.  These functions make a single pass over the input
  data and require almost no auxiliary memory.

* "heapq.nsmallest()" and "heapq.nlargest()" return the *n* smallest
  and largest values, respectively.  These functions make a single
  pass over the data keeping only *n* elements in memory at a time.
  For values of *n* that are small relative to the number of inputs,
  these functions make far fewer comparisons than a full sort.

* "heapq.heappush()" and "heapq.heappop()" create and maintain a
  partially sorted arrangement of data that keeps the smallest element
  at position "0".  These functions are suitable for implementing
  priority queues which are commonly used for task scheduling.
