计数排序Counting sort

      计数排序是一个非基于比较的排序算法，该算法于1954年由 Harold H. Seward 提出。它的优势在于在对一定范围内的整数排序时，它的复杂度为Ο(n+k)（其中k是整数的范围），快于任何比较排序算法。

算法思想
计数排序对输入的数据有附加的限制条件：
1、输入的线性表的元素属于有限偏序集S；
2、设输入的线性表的长度为n，|S|=k（表示集合S中元素的总数目为k），则k=O(n)。
在这两个条件下，计数排序的复杂性为O(n)。

       计数排序的基本思想是对于给定的输入序列中的每一个元素x，确定该序列中值小于x的元素的个数。一旦有了这个信息，就可以将x直接存放到最终的输出序列的正确位置上。例如，如果输入序列中只有17个元素的值小于x的值，则x可以直接存放在输出序列的第18个位置上。当然，如果有多个元素具有相同的值时，我们不能将这些元素放在输出序列的同一个位置上，因此，上述方案还要作适当的修改。
假设输入的线性表L的长度为n，L=L1,L2,..,Ln；线性表的元素属于有限偏序集S，|S|=k且k=O(n)，S={S1,S2,..Sk}；则计数排序可以描述如下：
1、扫描整个集合S，对每一个Si∈S，找到在线性表L中小于等于Si的元素的个数T(Si)；
2、扫描整个线性表L，对L中的每一个元素Li，将Li放在输出线性表的第T(Li)个位置上，并将T(Li)减1。

注意与基数排序区分,这是两个不同的排序

计数排序的过程类似小学选班干部的过程,如某某人10票,作者9票,那某某人是班长,作者是副班长
大体分两部分,第一部分是拉选票和投票,第二部分是根据你的票数入桶
看下具体的过程,一共需要三个数组,分别是待排数组,票箱数组,和桶数组

var unsorted = new int[] { 6, 2, 4, 1, 5, 9 };  //待排数组
var ballot = new int[unsorted.Length];          //票箱数组
var bucket = new int[unsorted.Length];          //桶数组

最后再看桶数组,先看待排数组和票箱数组
初始状态,迭代变量i = 0时,待排数组[i] = 6,票箱数组[i] = 0,这样通过迭代变量建立了数字与其桶号(即票数)的联系
待排数组[ 6 2 4 1 5 9 ] i = 0时,可以从待排数组中取出6
票箱数组[ 0 0 0 0 0 0 ] 同时可以从票箱数组里取出6的票数0,即桶号

拉选票的过程

首先6出列开始拉选票,6的票箱是0号,6对其它所有数字说,谁比我小或与我相等,就给我投票,不然揍你
于是,2 4 1 5 分别给6投票,放入0号票箱,6得四票
待排数组[ 6 2 4 1 5 9 ]
票箱数组[ 4 0 0 0 0 0 ]

接下来2开始拉选票,对其它人说,谁比我小,谁投我票,不然弄你!于是1投了一票,其他人比2大不搭理,心想你可真二

于是2从1那得到一票
待排数组[ 6 2 4 1 5 9 ]
票箱数组[ 4 1 0 0 0 0 ]

再然后是,

4得到2和1的投票,共计两票
1得到0票,没人投他
5得到2,4,1投的三张票
9是最大,得到所有人(自己除外)的投票,共计5票(数组长度-1票)
投票完毕时的状态是这样
待排数组[ 6 2 4 1 5 9 ]
票箱数组[ 4 1 2 0 3 5 ]

入桶的过程

投票过程结束,每人都拥有自己的票数,桶数组说,看好你自己的票数,进入与你票数相等的桶,GO
6共计5票,进入5号桶
2得1票,进入1号桶,有几票就进几号桶
4两票,进2号桶,5三票进3号桶,9有5票,进5号桶
待排数组[ 6 2 4 1 5 9 ]
票箱数组[ 4 1 2 0 3 5 ]
-----------------------
入桶前 [ 0 1 2 3 4 5 ] //里边的数字表示桶编号
入桶后 [ 1 2 4 5 6 9 ] //1有0票,进的0号桶
排序完毕,顺序输出即可[ 1 2 4 5 6 9]
可以看到,数字越大票数越多,9得到除自己外的所有人的票,5票,票数最多所以9最大,
每个人最多拥有[数组长度减去自己]张票
1票数最少,所以1是最小的数,
计数排序同时兼有桶排的高效和快排的霸道,
完成代码如下

#include <iostream>
using namespace std;
const int MAXN = 100000;
const int k = 1000; // range
int a[MAXN], c[MAXN], ranked[MAXN];
 
int main() {
    int n;
    cin >> n;
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        cin >> a[i]; 
        ++c[a[i]];
    }
    for (int i = 1; i < k; ++i)
        c[i] += c[i-1];
    for (int i = n-1; i >= 0; --i)
        ranked[--c[a[i]]] = a[i];
    for (int i = 0; i < n; ++i)
        cout << ranked[i] << endl;
    return 0;
}