基数排序（Radix Sort）

算法描述：基数排序过程无须比较关键字，而是通过“分配”和“收集”过程来实现排序。基数排序的动态图示如下所示：

　　


复杂度分析：最坏时间复杂度为O(P(N+B))，平均时间复杂度也为O(P(N+B))，效率较高。

主要特点：

稳定；

占用额外内存O(N+B)；

两种多关键码排序方法：

最高位优先(Most Significant Digit first)法，简称MSD法，即按照从最主位关键码到最次位关键码依次排序；

最低位优先(Least Significant Digit first)法，简称LSD法，即按照从最次位关键码到最主位关键码依次排序。

C语言描述（次位优先）：

/* 基数排序 - 次位优先 */

/* 假设元素最多有MaxDigit个关键字，基数全是同样的Radix */
#define MaxDigit 4
#define Radix 10

/* 桶元素结点 */
typedef struct Node *PtrToNode;
struct Node {
int key;
PtrToNode next;
};

/* 桶头结点 */
struct HeadNode {
PtrToNode head, tail;
};
typedef struct HeadNode Bucket[Radix];

int GetDigit ( int X, int D )
{ /* 默认次位D=1, 主位D<=MaxDigit */
int d, i;

for (i=1; i<=D; i++) {
d = X % Radix;
X /= Radix;
}
return d;
}

void LSDRadixSort( ElementType A[], int N )
{ /* 基数排序 - 次位优先 */
int D, Di, i;
Bucket B;
PtrToNode tmp, p, List = NULL;

for (i=0; i<Radix; i++) /* 初始化每个桶为空链表 */
B[i].head = B[i].tail = NULL;
for (i=0; i<N; i++) { /* 将原始序列逆序存入初始链表List */
tmp = (PtrToNode)malloc(sizeof(struct Node));
tmp->key = A[i];
tmp->next = List;
List = tmp;
}
/* 下面开始排序 */
for (D=1; D<=MaxDigit; D++) { /* 对数据的每一位循环处理 */
/* 下面是分配的过程 */
p = List;
while (p) {
Di = GetDigit(p->key, D); /* 获得当前元素的当前位数字 */
/* 从List中摘除 */
tmp = p; p = p->next;
/* 插入B[Di]号桶尾 */
tmp->next = NULL;
if (B[Di].head == NULL)
B[Di].head = B[Di].tail = tmp;
else {
B[Di].tail->next = tmp;
B[Di].tail = tmp;
}
}
/* 下面是收集的过程 */
List = NULL;
for (Di=Radix-1; Di>=0; Di--) { /* 将每个桶的元素顺序收集入List */
if (B[Di].head) { /* 如果桶不为空 */
/* 整桶插入List表头 */
B[Di].tail->next = List;
List = B[Di].head;
B[Di].head = B[Di].tail = NULL; /* 清空桶 */
}
}
}
/* 将List倒入A[]并释放空间 */
for (i=0; i<N; i++) {
tmp = List;
List = List->next;
A[i] = tmp->key;
free(tmp);
}
}

C语言描述（主位优先）：

/* 基数排序 - 主位优先 */

/* 假设元素最多有MaxDigit个关键字，基数全是同样的Radix */

#define MaxDigit 4
#define Radix 10

/* 桶元素结点 */
typedef struct Node *PtrToNode;
struct Node{
int key;
PtrToNode next;
};

/* 桶头结点 */
struct HeadNode {
PtrToNode head, tail;
};
typedef struct HeadNode Bucket[Radix];

int GetDigit ( int X, int D )
{ /* 默认次位D=1, 主位D<=MaxDigit */
int d, i;

for (i=1; i<=D; i++) {
d = X%Radix;
X /= Radix;
}
return d;
}

void MSD( ElementType A[], int L, int R, int D )
{ /* 核心递归函数: 对A[L]...A[R]的第D位数进行排序 */
int Di, i, j;
Bucket B;
PtrToNode tmp, p, List = NULL;
if (D==0) return; /* 递归终止条件 */

for (i=0; i<Radix; i++) /* 初始化每个桶为空链表 */
B[i].head = B[i].tail = NULL;
for (i=L; i<=R; i++) { /* 将原始序列逆序存入初始链表List */
tmp = (PtrToNode)malloc(sizeof(struct Node));
tmp->key = A[i];
tmp->next = List;
List = tmp;
}
/* 下面是分配的过程 */
p = List;
while (p) {
Di = GetDigit(p->key, D); /* 获得当前元素的当前位数字 */
/* 从List中摘除 */
tmp = p; p = p->next;
/* 插入B[Di]号桶 */
if (B[Di].head == NULL) B[Di].tail = tmp;
tmp->next = B[Di].head;
B[Di].head = tmp;
}
/* 下面是收集的过程 */
i = j = L; /* i, j记录当前要处理的A[]的左右端下标 */
for (Di=0; Di<Radix; Di++) { /* 对于每个桶 */
if (B[Di].head) { /* 将非空的桶整桶倒入A[], 递归排序 */
p = B[Di].head;
while (p) {
tmp = p;
p = p->next;
A[j++] = tmp->key;
free(tmp);
}
/* 递归对该桶数据排序, 位数减1 */
MSD(A, i, j-1, D-1);
i = j; /* 为下一个桶对应的A[]左端 */
}
}
}

void MSDRadixSort( ElementType A[], int N )
{ /* 统一接口 */
MSD(A, 0, N-1, MaxDigit);
}