算法學習:基數排序

  • 背景介紹
    是一種非比較型整數排序算法,其原理是將整數按位數切割成不同的數字,然后按每個位數分別比較。由于整數也可以表達字符串(比如名字或日期)和特定格式的浮點數,所以基數排序也不是只能使用于整數。基數排序的發明可以追溯到1887年赫爾曼·何樂禮在打孔卡片制表機(Tabulation Machine)上的貢獻。

  • 算法規則
    將所有待比較數值(正整數)統一為同樣的數位長度,數位較短的數前面補零。然后,從最低位開始,依次進行一次排序。這樣從最低位排序一直到最高位排序完成以后,數列就變成一個有序序列?;鶖蹬判蚩梢圆捎脙煞N方式分別是LSD(Least Significant Digital)和 MSD(Most Significant Digital);我們以LSD方式為例,從數組R[1..n]中每個元素的最低位開始處理,假設基數為radix,如果是十進制,則radix=10?;具^程如下所示:
    1.計算R中最大的元素,求得位數最大的元素,最大位數記為distance;
    2.對每一位round<=distance,計算R[i] % radix即可得到;
    3.將上面計算得到的余數作為bucket編號,每個bucket中可能存放多個數組R的元素;
    4.按照bucket編號的順序,收集bucket中元素,就地替換數組R中元素;
    5.重復2~4,最終數組R中的元素為有序。

  • 代碼實現(Java版本)

  • 升序排序法(LSD):

          /**
           * 基數排序法
           * 升序排列
           * @param data
           */
          public  void sortByAsc(int[] data) {
              /** step1:確定排序的趟數*/     
              int max=data[0];     
              for(int i=1;i<data.length;i++){     
                  if(data[i]>max){     
                      max=data[i];     
                  }     
              }   
              /** step2:判斷位數*/
              int digit = 0;       
              while(max > 0){     
                  max/=10;     
              digit++;     
              }  
              /**初始化一個二維數組,相當于二維數組,可以把重復的存進去*/
              List<ArrayList<Integer>> temp = new ArrayList<>();
              for(int i = 0;i < 10;i++){
                  temp.add(new ArrayList<Integer>());
              }
              /**開始合并收集*/
              for(int i = 0; i < digit; i++){
                  /** 對每一位進行排序 */
                  for(int j = 0; j < data.length; j++){
                      /**求每一個數的第i位的數,然后存到相對應的數組中*/
                      int digitInx = data[j]%(int)Math.pow(10, i + 1)/(int)Math.pow(10, i);
                      ArrayList<Integer> tempInside = temp.get(digitInx);
                      tempInside.add(data[j]);
                      temp.set(digitInx,tempInside );
                  }
                  /**收集數組元素*/
                  int count = 0;
                  for(int k = 0;k < 10;k++){
                      for(;temp.get(k).size()>0;count++){
                          ArrayList<Integer> temp2 = temp.get(k);
                          data[count] = temp2.get(0);
                          temp2.remove(0);
                      }
                  }
              }
          } 
    
  • 升序排序法(MSD):

          /**
           * 基數排序法
           * 降序排列
           * @param data
           */
          public  void sortByDesc(int[] data) {
    
              /** step1:確定排序的趟數*/     
              int max=data[0];     
              for(int i=1;i<data.length;i++) {     
                  if(data[i]>max) {     
                      max=data[i];     
                  }     
      
              }   
              /** step2:判斷位數*/
              int digit = 0;       
              while(max > 0) {     
                  max/=10;     
                  digit++;     
              }  
              /**初始化一個二維數組,相當于二維數組,可以把重復的存進去*/
              List<ArrayList<Integer>> temp = new ArrayList<>();
              for(int i = 0;i < 10;i++) {
                  temp.add(new ArrayList<Integer>());
              }
              /**開始合并收集*/
              for(int i = 0; i < digit; i++) {
                  /** 對每一位進行排序 */
                  for(int j = 0; j < data.length; j++) {
                      /**求每一個數的第i位的數,然后存到相對應的數組中*/
                      int digitInx = data[j]%(int)Math.pow(10, i + 1)/(int)Math.pow(10, i);
                      ArrayList<Integer> tempInside = temp.get(digitInx);
                      tempInside.add(data[j]);
                      temp.set(digitInx,tempInside );
                  }
                  int count = data.length - 1;
                  for(int k = 0;k < 10;k++) { 
                      for(;temp.get(k).size()>0;count--) {
                          ArrayList<Integer> temp2 = temp.get(k);
                          data[count] = temp2.get(0);
                          temp2.remove(0);
                      }
                  }
              }
          }
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