Java算法之計數(shù)排序、桶排序、基數(shù)排序?qū)崿F(xiàn)代碼
鴿巢原理
鴿子歸巢,待排序數(shù)據(jù)歸到有序組群中按大小歸進有序組群來排,數(shù)越大,歸到的有序組就在越后的,數(shù)越小,歸到的有序組就在越前的
- 如果有序組以一個元素一個元素劃分的,實現(xiàn)的是元素組歸巢排序,即計數(shù)排序
- 如果有序組按范圍多個元素為一組劃分的,實現(xiàn)的是范圍組歸巢排序,即桶排序
一、計數(shù)排序
1.實現(xiàn)
1.1步驟
- 開辟數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的所有元素都有各自對應的元素組巢穴,范圍內(nèi)一共有多少種個數(shù)據(jù),就開辟每種個數(shù)據(jù)都有對應的多大的數(shù)組,比如90(max) - 10(min) = 80(種個數(shù)據(jù))
- 歸巢時,通過該數(shù)據(jù)-數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的最小值得到所歸巢的下標,然后在數(shù)組元素巢中計數(shù)表示歸巢
- 因為巢內(nèi)只有一種個數(shù)據(jù)直接就是有序的,所以所有數(shù)據(jù)歸完巢在巢層面有序時所有數(shù)據(jù)就已經(jīng)有序了,最后將它們按順序地趕出巢加回去即得原來有序的數(shù)據(jù)

1.2代碼
public static void countSort(int[] array) {
//1.求當前數(shù)據(jù)的最大值和最小值
int minVal = array[0];
int maxVal = array[0];
for (int i = 1; i < array.length; i++) {
if(array[i] < minVal) {
minVal = array[i];
}
if(array[i] > maxVal) {
maxVal = array[i];
}
}
//2.根據(jù)數(shù)據(jù)最大值和最小值來確定元素組巢穴數(shù)組的大小
int[] count = new int[maxVal-minVal+1];
//3.遍歷原來的數(shù)據(jù)進行歸巢排序
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
count[array[i]-minVal]++;
}
//4.將元素組巢穴里已排好序的數(shù)據(jù)按順序?qū)懟豠rray
int index = 0;//重新表示array數(shù)組的下標
for (int i = 0; i < count.length; i++) {
while (count[i] > 0) {
array[index] = i+minVal;
index++;
count[i]--;
}
}
}
}
2.性質(zhì)
2.1穩(wěn)定性
將每個數(shù)據(jù)都歸到巢中完成有序時,根據(jù)巢中有序來的元素的計數(shù)個數(shù),可以將巢改裝成裝每種個元素有序排的始位置,通過對應順序遍歷原數(shù)組將數(shù)據(jù)正確穩(wěn)定地放在排好序的各自位置上,能實現(xiàn)穩(wěn)定的排序,所以計數(shù)排序是穩(wěn)定的排序
2.1.1從前往后前始版:
原本巢中裝的是鴿子的計數(shù)數(shù)量,現(xiàn)在巢里面改裝成裝種個鴿子從前往后的起始位置來進行排序:

2.1.2從后往前末始版:
巢里面改裝成裝種個鴿子從后往前的起始位置來進行排序:

2.2復雜度
2.2.1時間復雜度
找最大最小值確定范圍種個數(shù)據(jù)遍歷原數(shù)組用了n,原數(shù)組數(shù)據(jù)每個去歸巢用了n,范圍x種個元素巢每個去趕,所以時間復雜度為2n + x,即O(n+x)
2.2.2空間復雜度
范圍x種個數(shù)據(jù)需要開辟x個元素巢的數(shù)組,所以空間復雜度為O(x)
二、桶排序
1.實現(xiàn)
1.1步驟
- 開辟數(shù)據(jù)范圍內(nèi)所有元素都有對應的范圍數(shù)組組巢穴,將所有數(shù)據(jù)入范圍組巢穴先進行第一輪巢穴外的排好序,此時巢外已經(jīng)有序了
- 再進行第二輪各自巢穴內(nèi)的排好序,此時就巢外、巢內(nèi)都有序所有數(shù)據(jù)都有序了
- 最后按順序地將它們從數(shù)組巢中趕出即得有序的數(shù)據(jù)

1.2代碼
public static int[] bucketSort(int[] arr) {
// 邊界條件:空數(shù)組或單個元素直接返回
if (arr.length <= 1) {
return arr.clone();
}
// Step 1: 確定數(shù)據(jù)范圍
int minVal = Integer.MAX_VALUE;
int maxVal = Integer.MIN_VALUE;
for (int num : arr) {
if (num < minVal) minVal = num;
if (num > maxVal) maxVal = num;
}
// 處理所有元素相同的情況
if (maxVal == minVal) {
return arr.clone();
}
// Step 2: 初始化桶
int bucketCount = (int) Math.sqrt(arr.length) + 1; // 桶數(shù)量=數(shù)組長度的平方根(經(jīng)驗值)
double bucketRange = (double)(maxVal - minVal) / bucketCount;
List<List<Integer>> buckets = new ArrayList<>(bucketCount);
for (int i = 0; i < bucketCount; i++) {
buckets.add(new ArrayList<>());
}
// Step 3: 元素分配到桶中
for (int num : arr) {
// 計算元素應該屬于哪個桶
int index = (int)((num - minVal) / bucketRange);
// 處理最大值剛好落在最后一個桶外的情況
if (index == bucketCount) index--;
buckets.get(index).add(num);
}
// Step 4: 對每個桶內(nèi)部排序
for (List<Integer> bucket : buckets) {
Collections.sort(bucket); // 使用內(nèi)置排序算法,決定了桶排序的穩(wěn)定性
}
// Step 5: 合并桶
int[] sortedArr = new int[arr.length];
int idx = 0;
for (List<Integer> bucket : buckets) {
for (int num : bucket) {
sortedArr[idx++] = num;
}
}
return sortedArr;
}2.穩(wěn)定性
穩(wěn)定性取決于在第二輪巢內(nèi)開始排相同大小的元素時所用的排序方法是否具有穩(wěn)定性
三、基數(shù)排序
1.原理
- 先進行個位排序,能實現(xiàn)個位一位數(shù)有序
- 個位有序下,再進行十位優(yōu)先排序,能實現(xiàn)十位個位兩位數(shù)有序
- 十個位有序下,再進行百位優(yōu)先排序,能實現(xiàn)百位十位個位三位數(shù)有序

2.代碼
public static int[] radixSort(int[] arr) {
if (arr.length <= 1) {
return arr.clone();
}
// Step 1: 確定最大數(shù)的位數(shù)
int maxNum = Integer.MIN_VALUE;
for (int num : arr) {
if (num > maxNum) maxNum = num;
}
// Step 2: 按每位進行計數(shù)排序(從低位到高位)
int exp = 1; // 從個位開始
while (maxNum / exp > 0) {
// 初始化10個數(shù)字桶(0-9)
List<List<Integer>> buckets = new ArrayList<>(10);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
buckets.add(new ArrayList<>());
}
// 按當前位分配到桶中
for (int num : arr) {
int digit = (num / exp) % 10; // 提取當前位的數(shù)字
buckets.get(digit).add(num);
}
// 重組數(shù)組
int idx = 0;
for (List<Integer> bucket : buckets) {
for (int num : bucket) {
arr[idx++] = num;
}
}
exp *= 10; // 處理更高位
}
return arr;
}總結(jié)
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