Julia sort!() Missing値の扱い：ソート時のエラー回避と正しい処理方法

2025-04-26

sort!() 関数は、Juliaの配列（Array）を破壊的にソートするための関数です。つまり、元の配列自体がソートされた結果で置き換えられます。

基本的な使い方

julia> arr = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6];

julia> sort!(arr)

julia> arr
8-element Vector{Int64}:
 1
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 9

説明

破壊的ソート
sort!() は、元の配列 arr の要素の順序を直接変更します。ソート後の結果は、元の arr に上書きされます。元の配列を保持したい場合は、sort(arr) を使用します。sort(arr)は新しいソートされた配列を返します。
昇順ソート
デフォルトでは、sort!() は配列の要素を昇順（小さい順）にソートします。
オプション引数
- rev=true: 降順（大きい順）にソートします。
- by=f: 要素をソートする前に、各要素に適用する関数 f を指定します。例えば、絶対値でソートしたい場合は by=abs とします。
- lt=f: 要素の比較方法を指定する関数 f を指定します。例えば、文字列の長さを比較する場合は lt=length とします。
- alg=alg: ソートアルゴリズムを指定します。例えば、alg=InsertionSort や alg=QuickSort を指定できます。

文字列の長さでソート

julia> arr = ["apple", "banana", "cherry", "date"];
julia> sort!(arr, by=length)
julia> arr
4-element Vector{String}:
 "date"
 "apple"
 "banana"
 "cherry"

絶対値でソート

julia> arr = [-3, 1, -4, 1, 5, -9, 2, -6];
julia> sort!(arr, by=abs)
julia> arr
8-element Vector{Int64}:
  1
  1
  2
 -3
  4
 -4
  5
 -6
 -9

降順ソート

julia> arr = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6];
julia> sort!(arr, rev=true)
julia> arr
8-element Vector{Int64}:
 9
 6
 5
 4
 3
 2
 1
 1

一般的なエラーと原因

- 原因
  配列の要素の型 T に対して、比較演算子 < (または isless 関数) が定義されていない場合に発生します。例えば、異なる型の要素が混在している配列や、比較方法が不明なカスタム型の要素をソートしようとした場合に起こります。
- トラブルシューティング
  - 配列の要素の型を統一します。
  - カスタム型の要素をソートする場合は、isless 関数をオーバーロードするか、lt キーワード引数を使用して比較関数を指定します。
  - byキーワードを使い、比較する要素を変換してから比較する。
ArgumentError:byandltkeywords are mutually exclusive
- 原因
  by と lt の両方のキーワード引数を同時に指定した場合に発生します。
- トラブルシューティング
  by または lt のどちらか一方のみを使用します。by は要素を変換してから比較し、lt は要素を直接比較する際に比較方法を指定します。
配列の要素が missing を含む場合
- 原因
  デフォルトでは、missing 値を含む配列をソートしようとするとエラーが発生します。
- トラブルシューティング
  sort!() 関数に order=MissingLast または order=MissingFirst キーワード引数を指定して、missing 値の扱い方を指定します。
  - order=MissingLast: missing 値を最後に配置します。
  - order=MissingFirst: missing 値を最初に配置します。
sort!() を実行しても配列がソートされない
- 原因
  - 配列が既にソート済みである。
  - sort!() を実行した結果を別の変数に代入してしまい、元の配列を確認していない。sort!() は破壊的な操作なので、元の配列自体が変更されます。
  - by または lt キーワード引数で指定した比較関数が意図した通りに動作していない。
- トラブルシューティング
  - 配列の内容をよく確認します。
  - sort!(arr) のように、元の配列を直接操作しているか確認します。
  - 比較関数が正しい結果を返しているかテストします。
パフォーマンスの問題
- 原因
  大規模な配列をソートする場合、デフォルトのソートアルゴリズムではパフォーマンスが低下する可能性があります。
- トラブルシューティング
  alg キーワード引数を使用して、適切なソートアルゴリズムを指定します。例えば、alg=QuickSort や alg=MergeSort を試してみます。

トラブルシューティングの一般的な手順

エラーメッセージをよく読む
エラーメッセージには、問題の原因に関する情報が含まれています。
配列の内容と型を確認する
配列の要素の型が統一されているか、比較可能な型であるかを確認します。
比較関数 (by または lt) を確認する
比較関数が意図した通りに動作しているか、正しい結果を返しているかを確認します。
missing 値の扱いを確認する
配列に missing 値が含まれている場合は、order キーワード引数を指定します。
簡単な例でテストする
問題を再現する最小限のコードを作成し、テストします。
ドキュメントを参照する
Juliaの公式ドキュメントには、sort!() 関数に関する詳細な情報が記載されています。

基本的な昇順ソート

# 整数の配列を昇順にソートする例
arr = [5, 2, 8, 1, 9, 4]
sort!(arr)
println(arr)  # 出力: [1, 2, 4, 5, 8, 9]

説明

println(arr) はソートされた配列を出力します。
sort!(arr) は arr の要素を昇順にソートし、元の arr を変更します。
arr は整数の配列です。

降順ソート

# 文字列の配列を降順にソートする例
arr = ["apple", "banana", "cherry", "date"]
sort!(arr, rev=true)
println(arr)  # 出力: ["date", "cherry", "banana", "apple"]

説明

rev=true キーワード引数を指定することで、降順にソートします。

絶対値によるソート

# 整数の配列を絶対値でソートする例
arr = [-3, 1, -4, 2, -5]
sort!(arr, by=abs)
println(arr)  # 出力: [1, 2, -3, -4, -5]

説明

by=abs キーワード引数を指定することで、各要素の絶対値に基づいてソートします。

文字列の長さによるソート

# 文字列の配列を文字列の長さでソートする例
arr = ["apple", "banana", "cherry", "d"]
sort!(arr, by=length)
println(arr) # 出力: ["d", "apple", "banana", "cherry"]

説明

by=length キーワード引数を指定することで、各文字列の長さに基づいてソートします。

複合的なソート（複数の条件）

# タプルの配列を、最初の要素で昇順に、次に2番目の要素で降順にソートする例
arr = [(1, 3), (2, 1), (1, 2), (2, 3)]
sort!(arr, by=x -> (x[1], -x[2]))
println(arr)  # 出力: [(1, 3), (1, 2), (2, 3), (2, 1)]

説明

最初の要素 x[1] で昇順にソートし、次に2番目の要素 -x[2] で降順にソートします。
by=x -> (x[1], -x[2]) は、無名関数を使用してソートの基準を指定しています。

missing 値の扱い

# missing 値を含む配列のソート
arr = [3, missing, 1, 2, missing, 4]

sort!(arr, order=MissingLast)
println(arr) #出力 [1,2,3,4,missing,missing]

sort!(arr, order=MissingFirst)
println(arr) #出力 [missing,missing,1,2,3,4]

説明

order=MissingFirstでmissingを最初に配置する。
order=MissingLastでmissingを最後に

カスタム型のソート

# カスタム型を定義してソートする例
struct Person
    name::String
    age::Int
end

people = [Person("Bob", 30), Person("Alice", 25), Person("Charlie", 35)]
sort!(people, by=x -> x.age)
println(people)

by=x -> x.age を使用して、Person オブジェクトの age フィールドに基づいてソートします。
Person というカスタム型を定義しています。

sort() 関数 (非破壊的ソート)

元の配列を保持する必要がある場合に便利です。
sort!() は元の配列を直接変更する（破壊的）のに対し、sort() はソートされた新しい配列を返します。元の配列は変更されません。

arr = [3, 1, 4, 2, 5]
sorted_arr = sort(arr)
println("元の配列: ", arr)      # 出力: [3, 1, 4, 2, 5]
println("ソートされた配列: ", sorted_arr) # 出力: [1, 2, 3, 4, 5]

sortperm() 関数 (ソートされたインデックスの取得)

元の配列を直接ソートせずに、ソートされた順序で要素にアクセスしたい場合に便利です。
sortperm() は、元の配列をソートしたときに要素がどのインデックスに移動するかを示すインデックスの配列を返します。

arr = [3, 1, 4, 2, 5]
indices = sortperm(arr)
println("ソートされたインデックス: ", indices) # 出力: [2, 4, 1, 3, 5]

println("ソートされた順序で要素を表示: ")
for i in indices
    println(arr[i])
end

partialsort!() と partialsort() 関数 (部分的なソート)

例えば、配列の最小値または最大値から k 個の要素だけをソートしたい場合に便利です。
partialsort!() は元の配列を直接変更し、partialsort() は新しい配列を返します。
配列の一部分だけをソートする場合に使用します。

arr = [5, 2, 8, 1, 9, 4]
partialsort!(arr, 1:3) #最初の3要素のみをソート
println(arr) #出力 [1, 2, 4, 8, 9, 5]

arr2 = [5, 2, 8, 1, 9, 4]
partial_arr = partialsort(arr2, 1:3)
println(partial_arr) #出力 [1, 2, 4]

sortslices() 関数 (多次元配列の行または列のソート)

dims キーワード引数で行または列を指定します。
多次元配列（行列など）の行または列をソートする場合に使用します。

matrix = [3 2 1; 6 5 4; 9 8 7]
sorted_matrix = sortslices(matrix, dims=1) #列ごとにソート
println(sorted_matrix)
#出力
#[3 2 1; 6 5 4; 9 8 7] #列ごとにソートされたので結果は変わらない。
sorted_matrix_rows = sortslices(matrix, dims=2) #行ごとにソート
println(sorted_matrix_rows)
#出力
#[1 2 3; 4 5 6; 7 8 9]

OrderedCollections.OrderedDict と OrderedCollections.OrderedSet (順序付きコレクション)

ソートではなく、挿入順序を保持したい場合に便利です。
OrderedDict はキーと値のペアを挿入順に保持し、OrderedSet は要素を挿入順に保持します。

using OrderedCollections

ordered_dict = OrderedDict("b" => 2, "a" => 1, "c" => 3)
println(ordered_dict) #出力 OrderedDict("b" => 2,"a" => 1,"c" => 3)

ordered_set = OrderedSet([3, 1, 2])
println(ordered_set) #出力 OrderedSet([3,1,2])

多次元配列の特定次元に対して、mapslices()でsort()関数を適用することで、各スライスをソートできます。

matrix = [3 2 1; 6 5 4; 9 8 7]
sorted_matrix_slices = mapslices(sort, matrix, dims=1)
println(sorted_matrix_slices)
#出力
#[3 2 1; 6 5 4; 9 8 7] #列ごとにソートされたので結果は変わらない。

sorted_matrix_slices_rows = mapslices(sort, matrix, dims=2)
println(sorted_matrix_slices_rows)
#出力
#[1 2 3; 4 5 6; 7 8 9]

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