基数排序

基数排序又称桶排序。

基数排序与本系列前面讲解的七种排序方法都不同，它不需要比较关键字的大小。

它是根据关键字中各位的值，通过对排序的N个元素进行若干趟“分配”与“收集”来实现排序的。

不妨通过一个具体的实例来展示一下，基数排序是如何进行的。

设有一个初始序列为: R {50, 123, 543, 187, 49, 30, 0, 2, 11, 100}。
我们知道，任何一个阿拉伯数，它的各个位数上的基数都是以0~9来表示的。

所以我们不妨把0~9视为10个桶。

我们先根据序列的个位数的数字来进行分类，将其分到指定的桶中。例如：R[0] = 50，个位数上是0，将这个数存入编号为0的桶中。



分类后，我们在从各个桶中，将这些数按照从编号0到编号9的顺序依次将所有数取出来。

这时，得到的序列就是个位数上呈递增趋势的序列。

按照个位数排序： {50, 30, 0, 100, 11, 2, 123, 543, 187, 49}。
接下来，可以对十位数、百位数也按照这种方法进行排序，最后就能得到排序完成的序列。

代码如下：

（1）LSD法实现

实现代码



public class RadixSort {

// 获取x这个数的d位数上的数字
// 比如获取123的1位数，结果返回3
public int getDigit(int x, int d) {
int a[] = { 1, 1, 10, 100 }; // 本实例中的最大数是百位数，所以只要到100就可以了
return ((x / a[d]) % 10);
}

public void radixSort(int[] list, int begin, int end, int digit) {
final int radix = 10; // 基数
int i = 0, j = 0;
int[] count = new int[radix]; // 存放各个桶的数据统计个数
int[] bucket = new int[end - begin + 1];

// 按照从低位到高位的顺序执行排序过程
for (int d = 1; d <= digit; d++) {

// 置空各个桶的数据统计
for (i = 0; i < radix; i++) {
count[i] = 0;
}

// 统计各个桶将要装入的数据个数
for (i = begin; i <= end; i++) {
j = getDigit(list[i], d);
count[j]++;
}

// count[i]表示第i个桶的右边界索引
for (i = 1; i < radix; i++) {
count[i] = count[i] + count[i - 1];
}

// 将数据依次装入桶中
// 这里要从右向左扫描，保证排序稳定性
for (i = end; i >= begin; i--) {
j = getDigit(list[i], d); // 求出关键码的第k位的数字， 例如：576的第3位是5
bucket[count[j] - 1] = list[i]; //放入对应的桶中，count[j]-1是第j个桶的右边界索引
count[j]--; // 对应桶的装入数据索引减一
}

// 将已分配好的桶中数据再倒出来，此时已是对应当前位数有序的表
for (i = begin, j = 0; i <= end; i++, j++) {
list[i] = bucket[j];
}

}

}

public int[] sort(int[] list) {
radixSort(list, 0, list.length - 1, 3);
return list;
}

// 打印完整序列
public void printAll(int[] list) {
for (int value : list) {
System.out.print(value + "\t");
}
System.out.println();
}

public static void main(String[] args) {
int[] array = { 50, 123, 543, 187, 49, 30, 0, 2, 11, 100 };
RadixSort radix = new RadixSort();
System.out.print("排序前:\t\t");
radix.printAll(array);
radix.sort(array);
System.out.print("排序后:\t\t");
radix.printAll(array);
}

}



原理类似桶排序,这里总是需要10个桶,多次使用

首先以个位数的值进行装桶,即个位数为1则放入1号桶,为9则放入9号桶,暂时忽视十位数

例如

待排序数组[62,14,59,88,16]简单点五个数字

分配10个桶,桶编号为0-9,以个位数数字为桶编号依次入桶,变成下边这样

| 0 | 0 | 62 | 0 | 14 | 0 | 16 | 0 | 88 | 59 |

| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |桶编号

将桶里的数字顺序取出来,

输出结果:[62,14,16,88,59]

再次入桶,不过这次以十位数的数字为准,进入相应的桶,变成下边这样:

由于前边做了个位数的排序,所以当十位数相等时,个位数字是由小到大的顺序入桶的,就是说,入完桶还是有序

| 0 | 14,16 | 0 | 0 | 0 | 59 | 62 | 0 | 88 | 0 |

| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |桶编号

因为没有大过100的数字,没有百位数,所以到这排序完毕,顺序取出即可

最后输出结果:[14,16,59,62,88]

代码仅供参考

/// <summary>
/// 基数排序
/// 约定:待排数字中没有0,如果某桶内数字为0则表示该桶未被使用,输出时跳过即可
/// </summary>
/// <param name="unsorted">待排数组</param>
/// <param name="array_x">桶数组第一维长度</param>
/// <param name="array_y">桶数组第二维长度</param>
static void radix_sort(int[] unsorted, int array_x = 10, int array_y = 100)
{
for (int i = 0; i < array_x/* 最大数字不超过999999999...(array_x个9) */; i++)
{
int[,] bucket = new int[array_x, array_y];
foreach (var item in unsorted)
{
int temp = (item / (int)Math.Pow(10, i)) % 10;
for (int l = 0; l < array_y; l++)
{
if (bucket[temp, l] == 0)
{
bucket[temp, l] = item;
break;
}
}
}
for (int o = 0, x = 0; x < array_x; x++)
{
for (int y = 0; y < array_y; y++)
{
if (bucket[x, y] == 0) continue;
unsorted[o++] = bucket[x, y];
}
}
}
}

static void Main(string[] args)
{
int[] x = { 999999999, 65, 24, 47, 13, 50, 92, 88, 66, 33, 22445, 10001, 624159, 624158, 624155501 };
radix_sort(x);
foreach (var item in x)
{
if (item > 0)
Console.WriteLine(item + ",");
}
Console.ReadLine();
}

[b]算法分析[/b]
基数排序的性能

排序类别	排序方法	时间复杂度	空间复杂度	稳定性	复杂性
平均情况	最坏情况	最好情况
基数排序	基数排序	O(d(n+r))	O(d(n+r))	O(d(n+r))	O(n+r)	稳定	较复杂

时间复杂度

通过上文可知，假设在基数排序中，r为基数，d为位数。则基数排序的时间复杂度为O(d(n+r))。

我们可以看出，基数排序的效率和初始序列是否有序没有关联。

空间复杂度

在基数排序过程中，对于任何位数上的基数进行“装桶”操作时，都需要n+r个临时空间。

算法稳定性

在基数排序过程中，每次都是将当前位数上相同数值的元素统一“装桶”，并不需要交换位置。所以基数排序是稳定的算法。