桶排序


【1】桶排序

桶排序(也稱箱排序),據坊間演繹,其實現方式有很多。

在此我們僅僅闡述一下本文的實現思想,以便於更好的理解下面的內容,同時加深對桶排序的認識。

首先,說明一點,我們是使用數組模擬桶(最好應該是使用鏈表模擬)。

所謂數組模擬桶實現排序的過程到底是怎么進行的呢?呵呵!其實還真有點抽象。

實現步驟如下:

(1)定義映射函數 

<1>求得欲排數據序列中的最大數據。

<2>通過遍歷欲排數據對每個數據乘以10再與最大數據取余,求得每個數據對應桶的索引(或稱關鍵字)。

(2)求得每個桶中盛放的數據個數(為了保證隨后准確分配數據)

(3)求得每個桶盛放數據個數的右邊界索引(所謂的桶邏輯控制)

(4)從右向左(確保穩定性)掃描欲排數據序列,依次分配到對應桶中

(5)對各桶中所盛數據進行收集

(6)利用插入排序再對各個桶中所盛數據進行排序

(7)直至排序結束,即為已排序數據序列

其實,整個過程再講通俗一點,可以如下描述:

建立一個數組作為我們的所謂的桶(邏輯桶)

然后,申請開辟與欲排數據所占空間相同的內存,作為真正的盛放數據的桶(物理桶)

數組的索引默認為桶號

對數組的每一次賦值都有着不同的意義(請參考代碼分析)

最后再用插入排序對各桶中所收集數據分別進行排序。即完成桶排序。

總而言之:先分類,后收集,再排序。

【2】示例代碼及其分析過程

(1)代碼如下:

 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:為什么是11?
 36     int count[radix], i, j;  37     int size = end-begin+1;  38 
 39     //計數值置空
 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));     //分配臨時空間  47 
 48     //取得當前待排序數據中的最大數據
 49     int max = 0;  50     for(i = begin; i < size; ++i)  51  {  52         if(ar[i] > max)  53             max = ar[i];  54  }  55 
 56     //統計各桶需要裝的元素的個數 
 57     for(i = begin; i < size; ++i)  58  {  59         count[MapToIndex(ar[i], max)]++;  60  }  61           
 62     //輸出計數結果:
 63  PrintArr(count, radix);  64 
 65     //求出桶的邊界索引,count[i]為第i個桶的右邊界索引+1 
 66     for(i = 1; i < radix; ++i)  67  {  68         count[i] = count[i] + count[i-1];  69  }  70 
 71     //輸出桶邊界索引 
 72  PrintArr(count, radix);  73 
 74     //從右向左掃描,保證排序穩定性 
 75     for(i = end; i >= begin; --i)  76  {  77         j = MapToIndex(ar[i], max);  78         Temp[count[j]-1] = ar[i];  //放入對應的空間中,count[j]-1是第j個桶的右邊界索引 
 79         --count[j];       //准備放置下一個元素的位置索引 
 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     //從各個桶中收集數據 
 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      //釋放空間 
 99  free(Temp); 100     
101     for(i = 0; i < size; i++) 102  { 103         int index1 = begin + count[i];             //得到第i個桶的左邊界 
104         int index2 = begin + count[i+1] - 1;       //得到第i個桶的右邊界 
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)分析過程如下:

學過數據結構的估計都可以想象得到:桶排序中所謂的桶應該是用一個單鏈表實現

因為,我們一直覺得,計算機世界就是對現實世界的模擬。那么,既然是山寨,當然越逼真越好

但是,假如我們沒有學習過單鏈表,腦子里面根本沒有單鏈表的概念。而且,我們要實現桶排序。

好吧!我唯一可以借助的就是數組。

不過數組模擬桶實現桶排序的確不是很好理解,有幾分抽象

上面這就是一個用數組模擬桶實現的桶排序示例代碼,現在做一下具體分析,希望可以更深刻理解桶排序。

分析過程如下:

(1)待排序數據序列為:

(2)count數組本質上是邏輯的桶,為什么說是邏輯上的桶?因為,它控制着桶的所有數據邏輯

但是申請的內存Temp才是每個桶的真正儲存空間,所以只能說是邏輯上的桶。

而當數據被分配到各個桶中又從桶(即就是從申請空間)被收集之后,就對申請空間進行釋放(因為留着再沒有必要)。

如何理解以上內容?請結合一下圖示理解具體分析:

 

第一行:所建桶的索引(可以看到總共為11個桶)

為什么是11個桶?由我們在對待排數據求輸入桶對應的索引時匹配函數(MapToIndex)決定。

由於最大數據輸入匹配函數后所得桶對應索引為10。所以,在此必須如此設計。

第二行:所有桶置空

第三行:每個桶中待盛的數據個數

第四行:每個桶的右邊界索引

如何理解右邊界索引?

比如0號桶,第三行已經得出其待盛四個數據,那么將來數據就會存入Temp[0],Temp[1],Temp[2],Temp[3]

比如1號桶,第三行已經得出其待盛三個數據,那么將來數據就會存入Temp[4],Temp[5],Temp[6]

第五行:待排數據全部放入各個桶中后,桶的左邊界索引(這個是為了下面插入排序使用)。

(3)對每一個桶(即就是申請空間)中所盛的數據再利用插入排序進行排序

(4)數組中的數據即為已排序序列

【3】桶排序分析

桶排序是穩定排序算法。

桶排序使用范圍比較窄。

 

Good Good Study, Day Day Up.

順序  選擇  循環  堅持  總結


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