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統(tǒng)治世界的十大排序算法!

 樟榆詩詞 2019-04-05

來源:https://www.cnblogs.com/onepixel



十種常見排序算法可以分為兩大類:

比較類排序:通過比較來決定元素間的相對次序,由于其時(shí)間復(fù)雜度不能突破O(nlogn),因此也稱為非線性時(shí)間比較類排序。

非比較類排序:不通過比較來決定元素間的相對次序,它可以突破基于比較排序的時(shí)間下界,以線性時(shí)間運(yùn)行,因此也稱為線性時(shí)間非比較類排序。 

0.2 算法復(fù)雜度

0.3 相關(guān)概念

穩(wěn)定:如果a原本在b前面,而a=b,排序之后a仍然在b的前面。

不穩(wěn)定:如果a原本在b的前面,而a=b,排序之后 a 可能會出現(xiàn)在 b 的后面。

時(shí)間復(fù)雜度:對排序數(shù)據(jù)的總的操作次數(shù)。反映當(dāng)n變化時(shí),操作次數(shù)呈現(xiàn)什么規(guī)律。

空間復(fù)雜度:是指算法在計(jì)算機(jī)

內(nèi)執(zhí)行時(shí)所需存儲空間的度量,它也是數(shù)據(jù)規(guī)模n的函數(shù)。 

1 冒泡排序

冒泡排序(Bubble Sort)也是一種簡單直觀的排序算法。它重復(fù)地走訪過要排序的數(shù)列,一次比較兩個(gè)元素,如果他們的順序錯(cuò)誤就把他們交換過來。走訪數(shù)列的工作是重復(fù)地進(jìn)行直到?jīng)]有再需要交換,也就是說該數(shù)列已經(jīng)排序完成。這個(gè)算法的名字由來是因?yàn)樵叫〉脑貢?jīng)由交換慢慢“浮”到數(shù)列的頂端。

作為最簡單的排序算法之一,冒泡排序給我的感覺就像 Abandon 在單詞書里出現(xiàn)的感覺一樣,每次都在第一頁第一位,所以最熟悉。冒泡排序還有一種優(yōu)化算法,就是立一個(gè) flag,當(dāng)在一趟序列遍歷中元素沒有發(fā)生交換,則證明該序列已經(jīng)有序。但這種改進(jìn)對于提升性能來說并沒有什么太大作用。

1. 算法步驟

  1. 比較相鄰的元素。如果第一個(gè)比第二個(gè)大,就交換他們兩個(gè)。

  2. 對每一對相鄰元素作同樣的工作,從開始第一對到結(jié)尾的最后一對。這步做完后,最后的元素會是最大的數(shù)。

  3. 針對所有的元素重復(fù)以上的步驟,除了最后一個(gè)。

  4. 持續(xù)每次對越來越少的元素重復(fù)上面的步驟,直到?jīng)]有任何一對數(shù)字需要比較。

2. 動(dòng)圖演示

3. 什么時(shí)候最快

當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)已經(jīng)是正序時(shí)(都已經(jīng)是正序了,我還要你冒泡排序有何用?。?。

4. 什么時(shí)候最慢

當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)是反序時(shí)(寫一個(gè) for 循環(huán)反序輸出數(shù)據(jù)不就行了,干嘛要用你冒泡排序呢,我是閑的嗎)。

5. Java 代碼實(shí)現(xiàn)

public class BubbleSort implements IArraySort {

    @Override
    public int[] sort(int[] sourceArray) throws Exception {
        // 對 arr 進(jìn)行拷貝,不改變參數(shù)內(nèi)容
        int[] arr = Arrays.copyOf(sourceArray, sourceArray.length);

        for (int i = 1; i < arr.length; i ) {
            // 設(shè)定一個(gè)標(biāo)記,若為true,則表示此次循環(huán)沒有進(jìn)行交換,也就是待排序列已經(jīng)有序,排序已經(jīng)完成。
            boolean flag = true;

            for (int j = 0; j < arr.length - i; j ) {
                if (arr[j] > arr[j   1]) {
                    int tmp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j   1];
                    arr[j   1] = tmp;

                    flag = false;
                }
            }

            if (flag) {
                break;
            }
        }
        return arr;
    }
}

2 選擇排序

選擇排序是一種簡單直觀的排序算法,無論什么數(shù)據(jù)進(jìn)去都是 O(n2) 的時(shí)間復(fù)雜度。所以用到它的時(shí)候,數(shù)據(jù)規(guī)模越小越好。唯一的好處可能就是不占用額外的內(nèi)存空間了吧。

1. 算法步驟

  1. 首先在未排序序列中找到最小(大)元素,存放到排序序列的起始位置

  2. 再從剩余未排序元素中繼續(xù)尋找最?。ù螅┰?,然后放到已排序序列的末尾。

  3. 重復(fù)第二步,直到所有元素均排序完畢。

2. 動(dòng)圖演示

3. Java 代碼實(shí)現(xiàn)

public class SelectionSort implements IArraySort {

    @Override
    public int[] sort(int[] sourceArray) throws Exception {
        int[] arr = Arrays.copyOf(sourceArray, sourceArray.length);

        // 總共要經(jīng)過 N-1 輪比較
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i ) {
            int min = i;

            // 每輪需要比較的次數(shù) N-i
            for (int j = i   1; j < arr.length; j ) {
                if (arr[j] < arr[min]) {
                    // 記錄目前能找到的最小值元素的下標(biāo)
                    min = j;
                }
            }

            // 將找到的最小值和i位置所在的值進(jìn)行交換
            if (i != min) {
                int tmp = arr[i];
                arr[i] = arr[min];
                arr[min] = tmp;
            }

        }
        return arr;
    }
}

3 插入排序

插入排序的代碼實(shí)現(xiàn)雖然沒有冒泡排序和選擇排序那么簡單粗暴,但它的原理應(yīng)該是最容易理解的了,因?yàn)橹灰蜻^撲克牌的人都應(yīng)該能夠秒懂。插入排序是一種最簡單直觀的排序算法,它的工作原理是通過構(gòu)建有序序列,對于未排序數(shù)據(jù),在已排序序列中從后向前掃描,找到相應(yīng)位置并插入。

插入排序和冒泡排序一樣,也有一種優(yōu)化算法,叫做拆半插入。

1. 算法步驟

  1. 將第一待排序序列第一個(gè)元素看做一個(gè)有序序列,把第二個(gè)元素到最后一個(gè)元素當(dāng)成是未排序序列。

  2. 從頭到尾依次掃描未排序序列,將掃描到的每個(gè)元素插入有序序列的適當(dāng)位置。(如果待插入的元素與有序序列中的某個(gè)元素相等,則將待插入元素插入到相等元素的后面。)

2. 動(dòng)圖演示

3. Java 代碼實(shí)現(xiàn)

public class InsertSort implements IArraySort {

    @Override
    public int[] sort(int[] sourceArray) throws Exception {
        // 對 arr 進(jìn)行拷貝,不改變參數(shù)內(nèi)容
        int[] arr = Arrays.copyOf(sourceArray, sourceArray.length);

        // 從下標(biāo)為1的元素開始選擇合適的位置插入,因?yàn)橄聵?biāo)為0的只有一個(gè)元素,默認(rèn)是有序的
        for (int i = 1; i < arr.length; i ) {

            // 記錄要插入的數(shù)據(jù)
            int tmp = arr[i];

            // 從已經(jīng)排序的序列最右邊的開始比較,找到比其小的數(shù)
            int j = i;
            while (j > 0 && tmp < arr[j - 1]) {
                arr[j] = arr[j - 1];
                j--;
            }

            // 存在比其小的數(shù),插入
            if (j != i) {
                arr[j] = tmp;
            }

        }
        return arr;
    }
}

4 希爾排序

希爾排序,也稱遞減增量排序算法,是插入排序的一種更高效的改進(jìn)版本。但希爾排序是非穩(wěn)定排序算法。

希爾排序是基于插入排序的以下兩點(diǎn)性質(zhì)而提出改進(jìn)方法的:

  • 插入排序在對幾乎已經(jīng)排好序的數(shù)據(jù)操作時(shí),效率高,即可以達(dá)到線性排序的效率;

  • 但插入排序一般來說是低效的,因?yàn)椴迦肱判蛎看沃荒軐?shù)據(jù)移動(dòng)一位;

希爾排序的基本思想是:先將整個(gè)待排序的記錄序列分割成為若干子序列分別進(jìn)行直接插入排序,待整個(gè)序列中的記錄“基本有序”時(shí),再對全體記錄進(jìn)行依次直接插入排序。

1. 算法步驟

  1. 選擇一個(gè)增量序列 t1,t2,……,tk,其中 ti > tj, tk = 1;

  2. 按增量序列個(gè)數(shù) k,對序列進(jìn)行 k 趟排序;

  3. 每趟排序,根據(jù)對應(yīng)的增量 ti,將待排序列分割成若干長度為 m 的子序列,分別對各子表進(jìn)行直接插入排序。僅增量因子為 1 時(shí),整個(gè)序列作為一個(gè)表來處理,表長度即為整個(gè)序列的長度。

2. Java 代碼實(shí)現(xiàn)

public class ShellSort implements IArraySort {

    @Override
    public int[] sort(int[] sourceArray) throws Exception {
        // 對 arr 進(jìn)行拷貝,不改變參數(shù)內(nèi)容
        int[] arr = Arrays.copyOf(sourceArray, sourceArray.length);

        int gap = 1;
        while (gap < arr.length) {
            gap = gap * 3   1;
        }

        while (gap > 0) {
            for (int i = gap; i < arr.length; i ) {
                int tmp = arr[i];
                int j = i - gap;
                while (j >= 0 && arr[j] > tmp) {
                    arr[j   gap] = arr[j];
                    j -= gap;
                }
                arr[j   gap] = tmp;
            }
            gap = (int) Math.floor(gap / 3);
        }

        return arr;
    }
}

5 歸并排序

歸并排序(Merge sort)是建立在歸并操作上的一種有效的排序算法。該算法是采用分治法(Divide and Conquer)的一個(gè)非常典型的應(yīng)用。

作為一種典型的分而治之思想的算法應(yīng)用,歸并排序的實(shí)現(xiàn)由兩種方法:

  • 自上而下的遞歸(所有遞歸的方法都可以用迭代重寫,所以就有了第 2 種方法);

  • 自下而上的迭代;

在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法 JavaScript 描述》中,作者給出了自下而上的迭代方法。但是對于遞歸法,作者卻認(rèn)為:

However, it is not possible to do so in JavaScript, as the recursion goes too deep for the language to handle.

然而,在 JavaScript 中這種方式不太可行,因?yàn)檫@個(gè)算法的遞歸深度對它來講太深了。

說實(shí)話,我不太理解這句話。意思是 JavaScript 編譯器內(nèi)存太小,遞歸太深容易造成內(nèi)存溢出嗎?還望有大神能夠指教。

和選擇排序一樣,歸并排序的性能不受輸入數(shù)據(jù)的影響,但表現(xiàn)比選擇排序好的多,因?yàn)槭冀K都是 O(nlogn) 的時(shí)間復(fù)雜度。代價(jià)是需要額外的內(nèi)存空間。

1. 算法步驟

  1. 申請空間,使其大小為兩個(gè)已經(jīng)排序序列之和,該空間用來存放合并后的序列;

  2. 設(shè)定兩個(gè)指針,最初位置分別為兩個(gè)已經(jīng)排序序列的起始位置;

  3. 比較兩個(gè)指針?biāo)赶虻脑?,選擇相對小的元素放入到合并空間,并移動(dòng)指針到下一位置;

  4. 重復(fù)步驟 3 直到某一指針達(dá)到序列尾;

  5. 將另一序列剩下的所有元素直接復(fù)制到合并序列尾。

2. 動(dòng)圖演示

3. Java 代碼實(shí)現(xiàn)

public class MergeSort implements IArraySort {

    @Override
    public int[] sort(int[] sourceArray) throws Exception {
        // 對 arr 進(jìn)行拷貝,不改變參數(shù)內(nèi)容
        int[] arr = Arrays.copyOf(sourceArray, sourceArray.length);

        if (arr.length < 2) {
            return arr;
        }
        int middle = (int) Math.floor(arr.length / 2);

        int[] left = Arrays.copyOfRange(arr, 0, middle);
        int[] right = Arrays.copyOfRange(arr, middle, arr.length);

        return merge(sort(left), sort(right));
    }

    protected int[] merge(int[] left, int[] right) {
        int[] result = new int[left.length   right.length];
        int i = 0;
        while (left.length > 0 && right.length > 0) {
            if (left[0] <= right[0]) {
                result[i ] = left[0];
                left = Arrays.copyOfRange(left, 1, left.length);
            } else {
                result[i ] = right[0];
                right = Arrays.copyOfRange(right, 1, right.length);
            }
        }

        while (left.length > 0) {
            result[i ] = left[0];
            left = Arrays.copyOfRange(left, 1, left.length);
        }

        while (right.length > 0) {
            result[i ] = right[0];
            right = Arrays.copyOfRange(right, 1, right.length);
        }

        return result;
    }

}

6 快速排序

快速排序是由東尼·霍爾所發(fā)展的一種排序算法。在平均狀況下,排序 n 個(gè)項(xiàng)目要 Ο(nlogn) 次比較。在最壞狀況下則需要 Ο(n2) 次比較,但這種狀況并不常見。事實(shí)上,快速排序通常明顯比其他 Ο(nlogn) 算法更快,因?yàn)樗膬?nèi)部循環(huán)(inner loop)可以在大部分的架構(gòu)上很有效率地被實(shí)現(xiàn)出來。

快速排序使用分治法(Divide and conquer)策略來把一個(gè)串行(list)分為兩個(gè)子串行(sub-lists)。

快速排序又是一種分而治之思想在排序算法上的典型應(yīng)用。本質(zhì)上來看,快速排序應(yīng)該算是在冒泡排序基礎(chǔ)上的遞歸分治法。

快速排序的名字起的是簡單粗暴,因?yàn)橐宦牭竭@個(gè)名字你就知道它存在的意義,就是快,而且效率高!它是處理大數(shù)據(jù)最快的排序算法之一了。雖然 Worst Case 的時(shí)間復(fù)雜度達(dá)到了 O(n2),但是人家就是優(yōu)秀,在大多數(shù)情況下都比平均時(shí)間復(fù)雜度為 O(n logn) 的排序算法表現(xiàn)要更好,可是這是為什么呢,我也不知道。好在我的強(qiáng)迫癥又犯了,查了 N 多資料終于在《算法藝術(shù)與信息學(xué)競賽》上找到了滿意的答案:

快速排序的最壞運(yùn)行情況是 O(n2),比如說順序數(shù)列的快排。但它的平攤期望時(shí)間是 O(nlogn),且 O(nlogn) 記號中隱含的常數(shù)因子很小,比復(fù)雜度穩(wěn)定等于 O(nlogn) 的歸并排序要小很多。所以,對絕大多數(shù)順序性較弱的隨機(jī)數(shù)列而言,快速排序總是優(yōu)于歸并排序。

1. 算法步驟

  1. 從數(shù)列中挑出一個(gè)元素,稱為 “基準(zhǔn)”(pivot);

  2. 重新排序數(shù)列,所有元素比基準(zhǔn)值小的擺放在基準(zhǔn)前面,所有元素比基準(zhǔn)值大的擺在基準(zhǔn)的后面(相同的數(shù)可以到任一邊)。在這個(gè)分區(qū)退出之后,該基準(zhǔn)就處于數(shù)列的中間位置。這個(gè)稱為分區(qū)(partition)操作;

  3. 遞歸地(recursive)把小于基準(zhǔn)值元素的子數(shù)列和大于基準(zhǔn)值元素的子數(shù)列排序;

遞歸的最底部情形,是數(shù)列的大小是零或一,也就是永遠(yuǎn)都已經(jīng)被排序好了。雖然一直遞歸下去,但是這個(gè)算法總會退出,因?yàn)樵诿看蔚牡╥teration)中,它至少會把一個(gè)元素?cái)[到它最后的位置去。

2. 動(dòng)圖演示

3. Java 代碼實(shí)現(xiàn)

public class QuickSort implements IArraySort {

    @Override
    public int[] sort(int[] sourceArray) throws Exception {
        // 對 arr 進(jìn)行拷貝,不改變參數(shù)內(nèi)容
        int[] arr = Arrays.copyOf(sourceArray, sourceArray.length);

        return quickSort(arr, 0, arr.length - 1);
    }

    private int[] quickSort(int[] arr, int left, int right) {
        if (left < right) {
            int partitionIndex = partition(arr, left, right);
            quickSort(arr, left, partitionIndex - 1);
            quickSort(arr, partitionIndex   1, right);
        }
        return arr;
    }

    private int partition(int[] arr, int left, int right) {
        // 設(shè)定基準(zhǔn)值(pivot)
        int pivot = left;
        int index = pivot   1;
        for (int i = index; i <= right; i ) {
            if (arr[i] < arr[pivot]) {
                swap(arr, i, index);
                index ;
            }
        }
        swap(arr, pivot, index - 1);
        return index - 1;
    }

    private void swap(int[] arr, int i, int j) {
        int temp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = temp;
    }

}

7 堆排序

堆排序(Heapsort)是指利用堆這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所設(shè)計(jì)的一種排序算法。堆積是一個(gè)近似完全二叉樹的結(jié)構(gòu),并同時(shí)滿足堆積的性質(zhì):即子結(jié)點(diǎn)的鍵值或索引總是小于(或者大于)它的父節(jié)點(diǎn)。堆排序可以說是一種利用堆的概念來排序的選擇排序。分為兩種方法:

  1. 大頂堆:每個(gè)節(jié)點(diǎn)的值都大于或等于其子節(jié)點(diǎn)的值,在堆排序算法中用于升序排列;

  2. 小頂堆:每個(gè)節(jié)點(diǎn)的值都小于或等于其子節(jié)點(diǎn)的值,在堆排序算法中用于降序排列;

堆排序的平均時(shí)間復(fù)雜度為 Ο(nlogn)。

1. 算法步驟

  1. 創(chuàng)建一個(gè)堆 H[0……n-1];

  2. 把堆首(最大值)和堆尾互換;

  3. 把堆的尺寸縮小 1,并調(diào)用 shift_down(0),目的是把新的數(shù)組頂端數(shù)據(jù)調(diào)整到相應(yīng)位置;

  4. 重復(fù)步驟 2,直到堆的尺寸為 1。

2. 動(dòng)圖演示

3. Java 代碼實(shí)現(xiàn)

public class HeapSort implements IArraySort {

    @Override
    public int[] sort(int[] sourceArray) throws Exception {
        // 對 arr 進(jìn)行拷貝,不改變參數(shù)內(nèi)容
        int[] arr = Arrays.copyOf(sourceArray, sourceArray.length);

        int len = arr.length;

        buildMaxHeap(arr, len);

        for (int i = len - 1; i > 0; i--) {
            swap(arr, 0, i);
            len--;
            heapify(arr, 0, len);
        }
        return arr;
    }

    private void buildMaxHeap(int[] arr, int len) {
        for (int i = (int) Math.floor(len / 2); i >= 0; i--) {
            heapify(arr, i, len);
        }
    }

    private void heapify(int[] arr, int i, int len) {
        int left = 2 * i   1;
        int right = 2 * i   2;
        int largest = i;

        if (left < len && arr[left] > arr[largest]) {
            largest = left;
        }

        if (right < len && arr[right] > arr[largest]) {
            largest = right;
        }

        if (largest != i) {
            swap(arr, i, largest);
            heapify(arr, largest, len);
        }
    }

    private void swap(int[] arr, int i, int j) {
        int temp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = temp;
    }

}

8 計(jì)數(shù)排序

計(jì)數(shù)排序的核心在于將輸入的數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)化為鍵存儲在額外開辟的數(shù)組空間中。作為一種線性時(shí)間復(fù)雜度的排序,計(jì)數(shù)排序要求輸入的數(shù)據(jù)必須是有確定范圍的整數(shù)。

1. 動(dòng)圖演示

2. Java 代碼實(shí)現(xiàn)

public class CountingSort implements IArraySort {

    @Override
    public int[] sort(int[] sourceArray) throws Exception {
        // 對 arr 進(jìn)行拷貝,不改變參數(shù)內(nèi)容
        int[] arr = Arrays.copyOf(sourceArray, sourceArray.length);

        int maxValue = getMaxValue(arr);

        return countingSort(arr, maxValue);
    }

    private int[] countingSort(int[] arr, int maxValue) {
        int bucketLen = maxValue   1;
        int[] bucket = new int[bucketLen];

        for (int value : arr) {
            bucket[value] ;
        }

        int sortedIndex = 0;
        for (int j = 0; j < bucketLen; j ) {
            while (bucket[j] > 0) {
                arr[sortedIndex ] = j;
                bucket[j]--;
            }
        }
        return arr;
    }

    private int getMaxValue(int[] arr) {
        int maxValue = arr[0];
        for (int value : arr) {
            if (maxValue < value) {
                maxValue = value;
            }
        }
        return maxValue;
    }

}

9 桶排序

桶排序是計(jì)數(shù)排序的升級版。它利用了函數(shù)的映射關(guān)系,高效與否的關(guān)鍵就在于這個(gè)映射函數(shù)的確定。為了使桶排序更加高效,我們需要做到這兩點(diǎn):

  1. 在額外空間充足的情況下,盡量增大桶的數(shù)量

  2. 使用的映射函數(shù)能夠?qū)⑤斎氲?N 個(gè)數(shù)據(jù)均勻的分配到 K 個(gè)桶中

同時(shí),對于桶中元素的排序,選擇何種比較排序算法對于性能的影響至關(guān)重要。

1. 什么時(shí)候最快

當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)可以均勻的分配到每一個(gè)桶中。

2. 什么時(shí)候最慢

當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)被分配到了同一個(gè)桶中。

3. Java 代碼實(shí)現(xiàn)

public class BucketSort implements IArraySort {

    private static final InsertSort insertSort = new InsertSort();

    @Override
    public int[] sort(int[] sourceArray) throws Exception {
        // 對 arr 進(jìn)行拷貝,不改變參數(shù)內(nèi)容
        int[] arr = Arrays.copyOf(sourceArray, sourceArray.length);

        return bucketSort(arr, 5);
    }

    private int[] bucketSort(int[] arr, int bucketSize) throws Exception {
        if (arr.length == 0) {
            return arr;
        }

        int minValue = arr[0];
        int maxValue = arr[0];
        for (int value : arr) {
            if (value < minValue) {
                minValue = value;
            } else if (value > maxValue) {
                maxValue = value;
            }
        }

        int bucketCount = (int) Math.floor((maxValue - minValue) / bucketSize)   1;
        int[][] buckets = new int[bucketCount][0];

        // 利用映射函數(shù)將數(shù)據(jù)分配到各個(gè)桶中
        for (int i = 0; i < arr.length; i ) {
            int index = (int) Math.floor((arr[i] - minValue) / bucketSize);
            buckets[index] = arrAppend(buckets[index], arr[i]);
        }

        int arrIndex = 0;
        for (int[] bucket : buckets) {
            if (bucket.length <= 0) {
                continue;
            }
            // 對每個(gè)桶進(jìn)行排序,這里使用了插入排序
            bucket = insertSort.sort(bucket);
            for (int value : bucket) {
                arr[arrIndex ] = value;
            }
        }

        return arr;
    }

    /**
     * 自動(dòng)擴(kuò)容,并保存數(shù)據(jù)
     *
     * @param arr
     * @param value
     */
    private int[] arrAppend(int[] arr, int value) {
        arr = Arrays.copyOf(arr, arr.length   1);
        arr[arr.length - 1] = value;
        return arr;
    }

}

10 基數(shù)排序

基數(shù)排序是一種非比較型整數(shù)排序算法,其原理是將整數(shù)按位數(shù)切割成不同的數(shù)字,然后按每個(gè)位數(shù)分別比較。由于整數(shù)也可以表達(dá)字符串(比如名字或日期)和特定格式的浮點(diǎn)數(shù),所以基數(shù)排序也不是只能使用于整數(shù)。

1. 基數(shù)排序 vs 計(jì)數(shù)排序 vs 桶排序

基數(shù)排序有兩種方法:

這三種排序算法都利用了桶的概念,但對桶的使用方法上有明顯差異:

  • 基數(shù)排序:根據(jù)鍵值的每位數(shù)字來分配桶;

  • 計(jì)數(shù)排序:每個(gè)桶只存儲單一鍵值;

  • 桶排序:每個(gè)桶存儲一定范圍的數(shù)值;

2. LSD 基數(shù)排序動(dòng)圖演示

3. Java 代碼實(shí)現(xiàn)

/**
 * 基數(shù)排序
 * 考慮負(fù)數(shù)的情況還可以參考: https://code./zh-CN/q/e98fa9
 */
public class RadixSort implements IArraySort {

    @Override
    public int[] sort(int[] sourceArray) throws Exception {
        // 對 arr 進(jìn)行拷貝,不改變參數(shù)內(nèi)容
        int[] arr = Arrays.copyOf(sourceArray, sourceArray.length);

        int maxDigit = getMaxDigit(arr);
        return radixSort(arr, maxDigit);
    }

    /**
     * 獲取最高位數(shù)
     */
    private int getMaxDigit(int[] arr) {
        int maxValue = getMaxValue(arr);
        return getNumLenght(maxValue);
    }

    private int getMaxValue(int[] arr) {
        int maxValue = arr[0];
        for (int value : arr) {
            if (maxValue < value) {
                maxValue = value;
            }
        }
        return maxValue;
    }

    protected int getNumLenght(long num) {
        if (num == 0) {
            return 1;
        }
        int lenght = 0;
        for (long temp = num; temp != 0; temp /= 10) {
            lenght ;
        }
        return lenght;
    }

    private int[] radixSort(int[] arr, int maxDigit) {
        int mod = 10;
        int dev = 1;

        for (int i = 0; i < maxDigit; i , dev *= 10, mod *= 10) {
            // 考慮負(fù)數(shù)的情況,這里擴(kuò)展一倍隊(duì)列數(shù),其中 [0-9]對應(yīng)負(fù)數(shù),[10-19]對應(yīng)正數(shù) (bucket   10)
            int[][] counter = new int[mod * 2][0];

            for (int j = 0; j < arr.length; j ) {
                int bucket = ((arr[j] % mod) / dev)   mod;
                counter[bucket] = arrayAppend(counter[bucket], arr[j]);
            }

            int pos = 0;
            for (int[] bucket : counter) {
                for (int value : bucket) {
                    arr[pos ] = value;
                }
            }
        }

        return arr;
    }

    /**
     * 自動(dòng)擴(kuò)容,并保存數(shù)據(jù)
     *
     * @param arr
     * @param value
     */
    private int[] arrayAppend(int[] arr, int value) {
        arr = Arrays.copyOf(arr, arr.length   1);
        arr[arr.length - 1] = value;
        return arr;
    }
}

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