Bucket_Sort and Radix_Sort

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桶式排序

桶式排序的原理是:利用待排序序列元素的值作为新序列的索引进行插入,完成新序列的建立后,只需对新序列进行遍历即可完成排序(具体遍历过程和新序列元素的值有关)

假设有N个整数的序列,范围从0到M-1。现建立一个名为Count的桶序列,长度为M,并初始化为0。于是,Count有M个桶,开始时都是空的。对待排序序列进行遍历,当遍历至原序列元素Ai时,Count[Ai]增1。Count序列建立完毕后,对其进行遍历,遍历输出的不是Count序列元素的值,而是其索引,每个索引输出的次数由其对应元素的值决定,元素值为0则不输出

代码

#include<iostream>
using namespace std;

void bucket_sort(int m, int n, int a[])
{  //m为待排序序列元素值取范的上限(下限默认为0),n为序列长度,a为原序列
	int *b=new int[m];  //注意新序列长度不是n而是m
	for(int i=0;i<m;i++)  //初始化
		b[i]=0;
	for(i=0;i<n;i++)  //由原序列获得新序列
		b[a[i]]++;
	int j;
	for(i=0,j=0;i<m;i++)
	{  //输出新序列
		if(b[i]!=0)
		{
			for(int k=0;k<b[i];k++)
			{
				a[j]=i;
				j++;
			}
		}
	}
}

int main()
{
	int a[10]={8,65,23,5,56,9,23,56,99,12};
	bucket_sort(100,10,a);
	for(int i=0;i<10;i++)
		cout<<a[i]<<"  ";
	cout<<endl;
	return 0;
}

桶式排序的局限性在于

  • 待排序序列元素的值只能为整数
  • 若待排序序列元素值的取值范围很大,则Count序列需占用很大空间,而实际上得到的Count序列是很稀疏的

 

基数排序

相比于桶式排序,基数排序仍只适用于元素值为整数的序列,但它的Count序列空间占用比桶式排序小得多

基数排序是桶式排序的推广,设待排序序列长度为M,取值范围为0到N^p-1,N即为基数,p为指数。对于基数排序,我们只需要一个长度为N的Count序列和p趟排序即可完成

我们进行p趟排序,每次以元素值的某一“位”(对基数N所取的位,基数为10时就是一般定义上的位)为关键字进行排序,每趟都是一次桶式排序,顺序必须是先从最低“位”开始排序,最后对最高“位”排序

根据上述分析,相比于桶式排序,基数排序有以下特性

  • Count序列是一个二维矩阵,大小为N×M(一般来说,其空间占用远小于桶式排序)
  • 桶式排序的Count序列是一维列表,这是因为同一桶内的元素的值必定相同;而基数排序的同一桶内的元素只是针对该趟对应的“位”相同,元素值不一定相同,因此桶还需要一定的“高度”来记录不同的元素值,以免混淆
  • 实际应用中,N和p是可以任意取值的,只要保证待排序序列的取值范围为0到N^p-1即可。但另一方面,基数N决定了空间复杂度,指数p决定了时间复杂度,需要一定平衡

代码

#include<iostream>
#include<math.h>
using namespace std;

void radix_sort(int m, int n, int p, int a[])
{  //m代表待排序序列长度,n代表基数,p代表元素最大的位数,a代表待排序序列
	int **b=new int*[n];  //b代表count序列
	for(int i=0; i<n;i++)
		b[i]=new int[m];
	for(int t=1;t<=p;t++)
	{  //p趟排序
		for(i=0;i<n;i++)
		{  //每趟都要对count序列初始化为0
			for(int j=0;j<m;j++)
			{
				b[i][j]=0;
			}
		}
		int *c=new int[n];  //记录桶的高度
		for(int x=0;x<n;x++)
			c[x]=0;
		for(int j=0; j<m;j++)
		{
			int k=(a[j]%(int)pow(n,t))/pow(n,t-1);  //关键:获得该趟对应的“位”,根据该“位”将元素放入对应的桶中
			b[k][c[k]]=a[j];
			c[k]++;  //同时要增加对应桶的高度
		}
		
		int k=0;
		for(int i=0; i<n; i++)
		{  //单趟cnt序列建立完毕后,将其输出回序列a,以便下一趟的排序
			for(int j=0;j<c[i]; j++)
			{
				a[k]=b[i][j];
				k++;
			}
		}
	}
}

int main()
{
	int a[8]={1183,1263,2574,92,5447,3988,6774,8474};
	int m=8;
	int n=10;
	int p=4;
	radix_sort(m,n,p,a);
	for(int i=0;i<8;i++)
		cout<<a[i]<<"  ";
	cout<<endl;
	return 0;
}


 

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