大數據情況下桶排序算法的運用與C++代碼實現(xiàn)示例
箱排序的變種。為了區(qū)別于上述的箱排序,姑且稱它為桶排序(實際上箱排序和桶排序是同義詞)。
桶排序的思想是把[0,1)劃分為n個大小相同的子區(qū)間,每一子區(qū)間是一個桶。然后將n個記錄分配到各個桶中。因為關鍵字序列是均勻分布在[0,1)上的,所以一般不會有很多個記錄落入同一個桶中。由于同一桶中的記錄其關鍵字不盡相同,所以必須采用關鍵字比較的排序方法(通常用插入排序)對各個桶進行排序,然后依次將各非空桶中的記錄連接(收集)起來即可。
注意:
這種排序思想基于以下假設:假設輸入的n個關鍵字序列是隨機分布在區(qū)間[0,1)之上。若關鍵字序列的取值范圍不是該區(qū)間,只要其取值均非負,我們總能將所有關鍵字除以某一合適的數,將關鍵字映射到該區(qū)間上。但要保證映射后的關鍵字是均勻分布在[0,1)上的。
桶排序的平均時間復雜度是線性的,即O(n)。
箱排序只適用于關鍵字取值范圍較小的情況,否則所需箱子的數目m太多導致浪費存儲空間和計算時間。
例如n=10,被排序的記錄關鍵字ki取值范圍是0到99之間的整數(36,5,16,98,95,47, 32,36,48)時,要用100個箱子來做一趟箱排序。(即若m=n2時,箱排序的時間O(m+n)=O(n2))。
例子
一年的全國高考考生人數為500 萬,分數使用標準分,最低100 ,最高900 ,沒有小數,你把這500 萬元素的數組排個序。
分析:對500W數據排序,如果基于比較的先進排序,平均比較次數為O(5000000*log5000000)≈1.112億。但是我們發(fā)現(xiàn),這些數據都有特殊的條件: 100=<score<=900。那么我們就可以考慮桶排序這樣一個“投機取巧”的辦法、讓其在毫秒級別就完成500萬排序。
方法:創(chuàng)建801(900-100)個桶。將每個考生的分數丟進f(score)=score-100的桶中。這個過程從頭到尾遍歷一遍數據只需要500W次。然后根據桶號大小依次將桶中數值輸出,即可以得到一個有序的序列。而且可以很容易的得到100分有***人,501分有***人。
實際上,桶排序對數據的條件有特殊要求,如果上面的分數不是從100-900,而是從0-2億,那么分配2億個桶顯然是不可能的。所以桶排序有其局限性,適合元素值集合并不大的情況。
代碼:
#include<iostream.h> #include<malloc.h> typedef struct node{ int key; struct node * next; }KeyNode; void inc_sort(int keys[],int size,int bucket_size){ KeyNode **bucket_table=(KeyNode **)malloc(bucket_size*sizeof(KeyNode *)); for(int i=0;i<bucket_size;i++){ bucket_table[i]=(KeyNode *)malloc(sizeof(KeyNode)); bucket_table[i]->key=0; //記錄當前桶中的數據量 bucket_table[i]->next=NULL; } for(int j=0;j<size;j++){ KeyNode *node=(KeyNode *)malloc(sizeof(KeyNode)); node->key=keys[j]; node->next=NULL; //映射函數計算桶號 int index=keys[j]/10; //初始化P成為桶中數據鏈表的頭指針 KeyNode *p=bucket_table[index]; //該桶中還沒有數據 if(p->key==0){ bucket_table[index]->next=node; (bucket_table[index]->key)++; }else{ //鏈表結構的插入排序 while(p->next!=NULL&&p->next->key<=node->key) p=p->next; node->next=p->next; p->next=node; (bucket_table[index]->key)++; } } //打印結果 for(int b=0;b<bucket_size;b++) for(KeyNode *k=bucket_table[b]->next; k!=NULL; k=k->next) cout<<k->key<<" "; cout<<endl; } void main(){ int raw[]={49,38,65,97,76,13,27,49}; int size=sizeof(raw)/sizeof(int); inc_sort(raw,size,10); }
上面源代碼的桶內數據排序,我們使用了基于單鏈表的直接插入排序算法。可以使用基于雙向鏈表的快排算法提高效率。
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