桶排序


【1】桶排序

桶排序(也称箱排序),据坊间演绎,其实现方式有很多。

在此我们仅仅阐述一下本文的实现思想,以便于更好的理解下面的内容,同时加深对桶排序的认识。

首先,说明一点,我们是使用数组模拟桶(最好应该是使用链表模拟)。

所谓数组模拟桶实现排序的过程到底是怎么进行的呢?呵呵!其实还真有点抽象。

实现步骤如下:

(1)定义映射函数 

<1>求得欲排数据序列中的最大数据。

<2>通过遍历欲排数据对每个数据乘以10再与最大数据取余,求得每个数据对应桶的索引(或称关键字)。

(2)求得每个桶中盛放的数据个数(为了保证随后准确分配数据)

(3)求得每个桶盛放数据个数的右边界索引(所谓的桶逻辑控制)

(4)从右向左(确保稳定性)扫描欲排数据序列,依次分配到对应桶中

(5)对各桶中所盛数据进行收集

(6)利用插入排序再对各个桶中所盛数据进行排序

(7)直至排序结束,即为已排序数据序列

其实,整个过程再讲通俗一点,可以如下描述:

建立一个数组作为我们的所谓的桶(逻辑桶)

然后,申请开辟与欲排数据所占空间相同的内存,作为真正的盛放数据的桶(物理桶)

数组的索引默认为桶号

对数组的每一次赋值都有着不同的意义(请参考代码分析)

最后再用插入排序对各桶中所收集数据分别进行排序。即完成桶排序。

总而言之:先分类,后收集,再排序。

【2】示例代码及其分析过程

(1)代码如下:

 1 #include<iostream>
 2 #include<malloc.h>
 3 using namespace std;  4 
 5 
 6 void  PrintArr(int ar[],int n)  7 {  8     for(int i = 0; i < n; ++i)  9         cout<<ar[i]<<" ";  10     cout<<endl;  11 }  12 
 13 int MapToIndex(int x,int max)  14 {  15     return (10 * x) / max;  16 }  17 
 18 void insertion_sort(int arr[],int begin,int end)  19 {  20     for(int i = begin+1; i <= end; ++i)  21  {  22         int v = arr[i];  23         int j = i;  24         while(j-1 >= begin && v<arr[j-1])  25  {  26             arr[j--] = arr[j-1];  27  }  28         arr[j] = v;  29  }  30 }  31 
 32 void bucket_sort(int ar[], int begin, int end)  33 {  34 
 35     const int radix = 11 ;  //注意:为什么是11?
 36     int count[radix], i, j;  37     int size = end-begin+1;  38 
 39     //计数值置空
 40     for(i = 0; i < radix; ++i)  41  {  42         count[i] = 0;    //置空
 43  }  44     
 45     //end-begin+1 = 9 - 0 + 1 = 10
 46     int *Temp = (int *) malloc((size) * sizeof(int));     //分配临时空间  47 
 48     //取得当前待排序数据中的最大数据
 49     int max = 0;  50     for(i = begin; i < size; ++i)  51  {  52         if(ar[i] > max)  53             max = ar[i];  54  }  55 
 56     //统计各桶需要装的元素的个数 
 57     for(i = begin; i < size; ++i)  58  {  59         count[MapToIndex(ar[i], max)]++;  60  }  61           
 62     //输出计数结果:
 63  PrintArr(count, radix);  64 
 65     //求出桶的边界索引,count[i]为第i个桶的右边界索引+1 
 66     for(i = 1; i < radix; ++i)  67  {  68         count[i] = count[i] + count[i-1];  69  }  70 
 71     //输出桶边界索引 
 72  PrintArr(count, radix);  73 
 74     //从右向左扫描,保证排序稳定性 
 75     for(i = end; i >= begin; --i)  76  {  77         j = MapToIndex(ar[i], max);  78         Temp[count[j]-1] = ar[i];  //放入对应的空间中,count[j]-1是第j个桶的右边界索引 
 79         --count[j];       //准备放置下一个元素的位置索引 
 80  }  81 
 82     for(int i = 0; i < size; ++i)  83  {  84         cout<<Temp[i]<<"  ";  85  }  86     cout<<endl;  87 
 88  PrintArr(count, radix);  89 
 90     //从各个桶中收集数据 
 91     for(i = begin, j = 0; i < size; i++, j++)  92  {  93         ar[i] = Temp[j];  94  }  95     
 96     PrintArr(ar, end+1);  97 
 98      //释放空间 
 99  free(Temp); 100     
101     for(i = 0; i < size; i++) 102  { 103         int index1 = begin + count[i];             //得到第i个桶的左边界 
104         int index2 = begin + count[i+1] - 1;       //得到第i个桶的右边界 
105         if(index1 < index2) 106  insertion_sort(ar, index1, index2); 107  } 108 } 109 
110 void main() 111 { 112     int  ar[] = {12, 14, 54, 5, 6, 3, 9, 8, 47, 89}; 113     int len = sizeof(ar)/sizeof(int); 114     bucket_sort(ar, 0, len-1); 115  PrintArr(ar, len); 116 } 117 /*
118 4 3 0 0 0 1 1 0 0 0 1 119 4 7 7 7 7 8 9 9 9 9 10 120 5 6 3 8 12 14 9 47 54 89 121 0 4 7 7 7 7 8 9 9 9 9 122 5 6 3 8 12 14 9 47 54 89 123 3 5 6 8 9 12 14 47 54 89 124 */

(2)分析过程如下:

学过数据结构的估计都可以想象得到:桶排序中所谓的桶应该是用一个单链表实现

因为,我们一直觉得,计算机世界就是对现实世界的模拟。那么,既然是山寨,当然越逼真越好

但是,假如我们没有学习过单链表,脑子里面根本没有单链表的概念。而且,我们要实现桶排序。

好吧!我唯一可以借助的就是数组。

不过数组模拟桶实现桶排序的确不是很好理解,有几分抽象

上面这就是一个用数组模拟桶实现的桶排序示例代码,现在做一下具体分析,希望可以更深刻理解桶排序。

分析过程如下:

(1)待排序数据序列为:

(2)count数组本质上是逻辑的桶,为什么说是逻辑上的桶?因为,它控制着桶的所有数据逻辑

但是申请的内存Temp才是每个桶的真正储存空间,所以只能说是逻辑上的桶。

而当数据被分配到各个桶中又从桶(即就是从申请空间)被收集之后,就对申请空间进行释放(因为留着再没有必要)。

如何理解以上内容?请结合一下图示理解具体分析:

 

第一行:所建桶的索引(可以看到总共为11个桶)

为什么是11个桶?由我们在对待排数据求输入桶对应的索引时匹配函数(MapToIndex)决定。

由于最大数据输入匹配函数后所得桶对应索引为10。所以,在此必须如此设计。

第二行:所有桶置空

第三行:每个桶中待盛的数据个数

第四行:每个桶的右边界索引

如何理解右边界索引?

比如0号桶,第三行已经得出其待盛四个数据,那么将来数据就会存入Temp[0],Temp[1],Temp[2],Temp[3]

比如1号桶,第三行已经得出其待盛三个数据,那么将来数据就会存入Temp[4],Temp[5],Temp[6]

第五行:待排数据全部放入各个桶中后,桶的左边界索引(这个是为了下面插入排序使用)。

(3)对每一个桶(即就是申请空间)中所盛的数据再利用插入排序进行排序

(4)数组中的数据即为已排序序列

【3】桶排序分析

桶排序是稳定排序算法。

桶排序使用范围比较窄。

 

Good Good Study, Day Day Up.

顺序  选择  循环  坚持  总结


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