(箱子)桶排序及基数排序

桶(箱子)排序

桶排序是基于链表的,相邻的桶之间和桶中相邻的元素之间皆用链表相连接,可以把它想象成一个矩阵。
用一个例子来说明桶排序。

假设有一个链表,其中的元素需要进行排序,元素为ABCDEFGHIJ,其值依次为2454304344,如A2->B4->C5->D4->E3->F0->G4->H3->I4->J4。若根据值进行排序。首先我们定义5个桶bin[5]用来装这10个元素,然后依次遍历每个元素,根据其值将其放入对应的桶中,及bin[0]=F,bin[1]=NULL,bin[2]=A,bin[3]={E,H,J},bin[4]={B,D,G,I},bin[5]=C。最后我们根据bin[0]~bin[5]桶的顺序重新排列元素,及FAEHJBDGIC。至此桶排序完成。

桶排序时需要先删除原先各个节点的后驱结点指针,然后再将各个节点分配至各个桶中,把每一个箱子中节点在用链表串联起来,再根据桶的顺序重新排列节点。在这里插入图片描述
接下来是代码

void binSort(linklist<linknode> &chain, int range) {
    
    

	linklist<linknode> *bin = new linklist<linknode>[range + 1];
	int numberofelement = chain.size();

	for (int i = 0; i < numberofelement; i++) {
    
    
		linknode node = chain.get(0);
		chain.erase(0);
		bin[node.value].insert(0, node);
	}
	for(int i=range,i>=0;i++)
		while (!bin[i].empty())
		{
    
    
			linknode node = bin[i].get(0);
			bin[i].erase(0);
			chain.insert(0, node);
		}
	delete[]bin;
}

代码思路:bin数组下标为0~range,所以大小为range+1。第一个for循环遍历原链表中每个元素并分配至相应的桶中,利用get函数得到数组第一个元素并保存到node节点中,erase函数对原链表元素进行删除,再利用insert函数将get到的元素插入到各个桶中。至此,元素在桶中与桶之间有序。第二个for循环遍历桶及桶中元素,再次利用get、earse和insert函数依次将排序后的元素重返至原链表中。

在数据结构黑皮书中还给出了桶排序作为链表chain成员函数的具体实现,代码也很有意思,可以借鉴。

template<class T>
void chain<T>::binSort(int range) {
    
    
	chainNode<T> **bottom, **top;//指向指针的指针,第一个指针为桶内指针数组,第二个指针为桶间指针数组
	bottom = new chainNode<T>*[range + 1];
	top = new chainNode<T>*[range + 1];
	//bottom数组必须初始化
	for (int i = 0; i < range; i++) {
    
    
		bottom[i] = NULL;
	}
	//将原链表节点分配到箱中
	for (; firstnode != NULL; firstnode = firstnode->next) {
    
    
		int thebin = firstnode.value;
		if (bottom[thebin] == NUll)//若箱子为空
			bottom[thebin] = top[thebin] = firstnode;
		else {
    
    //箱子不空时仅改变top指针
			top[thebin]->next = firstnode;
			top[thebin] = firstnode;
		}
	}
	//把箱子中的节点收集到有序链表
	chainNode<T>*y = NULL;
	for (int i = 0; i <= range; i++) {
    
    
		if (bottom[i] != NULL) {
    
    
			if (y == NULL)//分配第一个节点
				firstnode = bottom[i];
			else
			//因为桶内已为有序链表,所以只需要改变bottom和top指针使不同桶链表首尾相连
				y->next = bottom[i];
			y = top[i];
		}
	}
}

桶排序时间复杂度为O(n+range),观察代码可发现桶排序不会改变值相同的节点的相对次序,所以是一种稳定排序。

基数排序

基数排序是桶排序的扩展,与桶排序不同,基数排序并不对数进行直接排序,而是把数按照某种基数radix分解为数字,然后对数字进行排序。如基数10可以把十进制数928分解为9、2、8,基数60可以把十进制数3725分解为1、2、5。这就是基数排序。

用一个例题来具体说明。假设对0~999的10个整数进行排序,若使用桶排序,则range=1000,这时候需要初始化1000个步骤,节点分配需要10个步骤,析构又需要1000个步骤,总共2010个步骤。

而采用基数排序,将基数r=10。
假设10个数字分别为:216->521->425->116->91->515->124->34->96->24
首先按照最低位(个位)对链表进行排序,结果为:521->91->124->34->24->425->515->216->116->96
接着按照第二位(十位)对链表进行排序,结果为:515->216->116->521->124->24->425->34->91->96
最后按照第三位(百位)对链表进行排序,结果为:24->34->91->96->116->124->216->425->515->521
至此,基数排序完成。

基数排序是在桶排序的基础上发展而来,是一种稳定的排序,时间复杂度为O(cn)=O(n),c为常量。

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/GGGGG1233/article/details/114748637