計(jì)數(shù)排序

學(xué)習(xí)基數(shù)排序之前首先學(xué)習(xí)計(jì)數(shù)排序。

計(jì)數(shù)排序假設(shè)每個(gè)元素都是在0到k之間的一個(gè)整數(shù)。

基數(shù)排序的基本思想，對(duì)于每個(gè)元素x，如果我們知道了小于x的元素的個(gè)數(shù)，就可以確定輸出數(shù)組中元素x的位置，那么直接將元素x放到輸出數(shù)組中。比如有3小于x的元素，那在輸出數(shù)組中，x肯定位于第4個(gè)位置。

計(jì)數(shù)排序的算法用偽代碼描述為：

COUNTING-SORT（A，k）

// 初始化數(shù)組C

for i=0 to k

C［i］=0

// 統(tǒng)計(jì)A［j］元素出現(xiàn)的次數(shù)，保存到C數(shù)組中

for j=0 to A.length

C［A［j］］=C［A［j］］+1

// 統(tǒng)計(jì)小于等于A［j］元素的個(gè)數(shù)

for k=0 to k

C［K］=C［K-1］+C［K］

// 將A中的元素放在B中正確的位置

for i=A.length to 0

B［C［A［i］］-1］=A［i］

C［A［i］］=C［A［i］］-1

注：由于有可能有相同元素存在，所以，每次將A［i］元素放入B數(shù)組中，都要將C［A［j］］的值減一，這樣當(dāng)遇到下一個(gè)值等于A［j］的元素時(shí)，該元素就能放在輸出數(shù)組中A［j］的前面。

計(jì)數(shù)排序的詳細(xì)過(guò)程如下

計(jì)數(shù)排序的關(guān)鍵代碼如下

public int［］ countSort（int a［］， int k） {

int［］ b = new int［a.length］;

int［］ c = new int［k］;

for （int i = 0; i

c［i］ = 0;

}

for （int i = 0; i

c［a［i］］ += 1;

}

for （int i = 0; i

if （i ！= 0） {

c［i］ += c［i - 1］;

}

}

for （int i = a.length - 1; i >= 0; i--） {

b［c［a［i］］ - 1］ = a［i］;

c［a［i］］ = c［a［i］］ - 1;

}

return b;

}

計(jì)數(shù)排序的性能

很容易得到計(jì)數(shù)排序的時(shí)間復(fù)雜度為：T（n）=O（k+n），因此當(dāng)k小于等于n，也就是當(dāng)k=O（n），k和n同階時(shí)，采用計(jì)數(shù)排序的時(shí)間復(fù)雜度為T（n）=O（n）

同時(shí)，計(jì)數(shù)排序也是一種穩(wěn)定的排序算法。

基數(shù)排序

基數(shù)排序最初是用在打孔卡片制表機(jī)上的一種排序算法，由Herman Hollerith發(fā)明，也就是IBM的創(chuàng)始人。

基數(shù)排序從最低為開始來(lái)排序的，從低位到高位，按位排序，按位排序必須是穩(wěn)定的。

基數(shù)排序的詳細(xì)過(guò)程

基數(shù)排序算法描述為

RADIX-SORT（A，d）

for i=1 to d

use a stable sort to sort arrat A on digit i

在這里我們選擇計(jì)數(shù)排序?？紤]常規(guī)情況，對(duì)［0.。.9］之間的數(shù)排序，k=10，且一般有k<

基數(shù)排序的關(guān)鍵代碼，這里以數(shù)組排序時(shí)按照十進(jìn)制每位進(jìn)行比較。

/**

* 基數(shù)排序

* @param result 最終已排序的數(shù)組，共用一個(gè)節(jié)省空間

* @param maxLen 待排序的數(shù)組中最大的位數(shù)

*/

public static void radixSort（int［］ a，int［］ result， int maxLen） {

int flag = 1;

// 保存每輪要排序的位對(duì)應(yīng)數(shù)組a的值

int ［］ digitArr = new int［a.length］;

for（int i=0; i

// 共比較的輪數(shù)

flag *= 10;

// b數(shù)組中對(duì)應(yīng)的裝著a數(shù)組中每位的數(shù)，第一輪裝著各位，第二輪裝著十位數(shù)。。.

for （int j = 0; j < digitArr.length; j++） {

digitArr［j］=a［j］%flag;

digitArr［j］=digitArr［j］/（flag/10）;

}

countSort（a， digitArr，result，10）;

// 每一輪計(jì)數(shù)排序完后刷新下一輪要排序的數(shù)組

System.arraycopy（result， 0， a， 0，result.length）;

}

}

調(diào)用計(jì)數(shù)排序的函數(shù)

/**

* 計(jì)數(shù)排序 ：對(duì)數(shù)組a中的元素按某些位排序

* @param tmp 要參與排序的當(dāng)前位的值保存在tmp中

* @param result 每次計(jì)數(shù)排序后的新的數(shù)組順序

*/

public static void countSort（int a［］， int tmp［］， int result［］， int k） {

int［］ c = new int［k］;

for （int i = 0; i < c.length; i++） {

c［i］ = 0;

}

for （int i = 0; i

c［tmp［i］］ += 1;

}

for （int i = 0; i < c.length; i++） {

if （i ！= 0） {

c［i］ += c［i - 1］;

}

}

for （int i = tmp.length - 1; i >= 0; i--） {

// 和計(jì)數(shù)排序唯一的差別在于賦值的時(shí)候用真實(shí)的數(shù)據(jù)

result［c［tmp［i］］ - 1］ = a［i］;

c［tmp［i］］ = c［tmp［i］］ - 1;

}

}

基數(shù)排序的性能

如果基數(shù)排序使用的穩(wěn)定排序算法的時(shí)間復(fù)雜度為O（n+k），那么基數(shù)排序的時(shí)間復(fù)雜度為T（n）=O（d（n+k））

很容易理解要循環(huán)d輪，每輪耗時(shí)為O（n+k），于是總的耗時(shí)為O（d（n+k））

在此基礎(chǔ)上，從2^r進(jìn)制來(lái)看，此時(shí)k為2^r，并且一個(gè)b位數(shù)要比較b/r輪。于是我們得到T（n）=O（（b/r）（n+2^r））

對(duì)上式求導(dǎo)可得其最小值。此時(shí)r=lgn，此時(shí)T（n）=O（（b/lgn）n），如果再取b=lgn，這時(shí)就能達(dá)到最少的運(yùn)行時(shí)間，時(shí)間復(fù)雜度為T（n）=O（n）

基數(shù)排序也是穩(wěn)定的排序算法