算法学习:基数排序

  • 背景介绍
    是一种非比较型整数排序算法,其原理是将整数按位数切割成不同的数字,然后按每个位数分别比较。由于整数也可以表达字符串(比如名字或日期)和特定格式的浮点数,所以基数排序也不是只能使用于整数。基数排序的发明可以追溯到1887年赫尔曼·何乐礼在打孔卡片制表机(Tabulation Machine)上的贡献。

  • 算法规则
    将所有待比较数值(正整数)统一为同样的数位长度,数位较短的数前面补零。然后,从最低位开始,依次进行一次排序。这样从最低位排序一直到最高位排序完成以后,数列就变成一个有序序列。基数排序可以采用两种方式分别是LSD(Least Significant Digital)和 MSD(Most Significant Digital);我们以LSD方式为例,从数组R[1..n]中每个元素的最低位开始处理,假设基数为radix,如果是十进制,则radix=10。基本过程如下所示:
    1.计算R中最大的元素,求得位数最大的元素,最大位数记为distance;
    2.对每一位round<=distance,计算R[i] % radix即可得到;
    3.将上面计算得到的余数作为bucket编号,每个bucket中可能存放多个数组R的元素;
    4.按照bucket编号的顺序,收集bucket中元素,就地替换数组R中元素;
    5.重复2~4,最终数组R中的元素为有序。

  • 代码实现(Java版本)

  • 升序排序法(LSD):

          /**
           * 基数排序法
           * 升序排列
           * @param data
           */
          public  void sortByAsc(int[] data) {
              /** step1:确定排序的趟数*/     
              int max=data[0];     
              for(int i=1;i<data.length;i++){     
                  if(data[i]>max){     
                      max=data[i];     
                  }     
              }   
              /** step2:判断位数*/
              int digit = 0;       
              while(max > 0){     
                  max/=10;     
              digit++;     
              }  
              /**初始化一个二维数组,相当于二维数组,可以把重复的存进去*/
              List<ArrayList<Integer>> temp = new ArrayList<>();
              for(int i = 0;i < 10;i++){
                  temp.add(new ArrayList<Integer>());
              }
              /**开始合并收集*/
              for(int i = 0; i < digit; i++){
                  /** 对每一位进行排序 */
                  for(int j = 0; j < data.length; j++){
                      /**求每一个数的第i位的数,然后存到相对应的数组中*/
                      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 );
                  }
                  /**收集数组元素*/
                  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):

          /**
           * 基数排序法
           * 降序排列
           * @param data
           */
          public  void sortByDesc(int[] data) {
    
              /** step1:确定排序的趟数*/     
              int max=data[0];     
              for(int i=1;i<data.length;i++) {     
                  if(data[i]>max) {     
                      max=data[i];     
                  }     
      
              }   
              /** step2:判断位数*/
              int digit = 0;       
              while(max > 0) {     
                  max/=10;     
                  digit++;     
              }  
              /**初始化一个二维数组,相当于二维数组,可以把重复的存进去*/
              List<ArrayList<Integer>> temp = new ArrayList<>();
              for(int i = 0;i < 10;i++) {
                  temp.add(new ArrayList<Integer>());
              }
              /**开始合并收集*/
              for(int i = 0; i < digit; i++) {
                  /** 对每一位进行排序 */
                  for(int j = 0; j < data.length; j++) {
                      /**求每一个数的第i位的数,然后存到相对应的数组中*/
                      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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