Java算法之計(jì)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(jìn)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(gè)元素一個(gè)元素劃分的,實(shí)現(xiàn)的是元素組歸巢排序,即計(jì)數(shù)排序
- 如果有序組按范圍多個(gè)元素為一組劃分的,實(shí)現(xiàn)的是范圍組歸巢排序,即桶排序
一、計(jì)數(shù)排序
1.實(shí)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(duì)應(yīng)的元素組巢穴,范圍內(nèi)一共有多少種個(gè)數(shù)據(jù),就開辟每種個(gè)數(shù)據(jù)都有對(duì)應(yīng)的多大的數(shù)組,比如90(max) - 10(min) = 80(種個(gè)數(shù)據(jù))
- 歸巢時(shí),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(biāo),然后在數(shù)組元素巢中計(jì)數(shù)表示歸巢
- 因?yàn)?strong>巢內(nèi)只有一種個(gè)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(shí)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(dāng)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(jìn)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(biāo) 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(gè)數(shù)據(jù)都?xì)w到巢中完成有序時(shí),根據(jù)巢中有序來的元素的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù),可以將巢改裝成裝每種個(gè)元素有序排的始位置,通過對(duì)應(yīng)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的排序,所以計(jì)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(jì)數(shù)數(shù)量,現(xiàn)在巢里面改裝成裝種個(gè)鴿子從前往后的起始位置來進(jìn)行排序:
2.1.2從后往前末始版:
巢里面改裝成裝種個(gè)鴿子從后往前的起始位置來進(jìn)行排序:
2.2復(fù)雜度
2.2.1時(shí)間復(fù)雜度
找最大最小值確定范圍種個(gè)數(shù)據(jù)遍歷原數(shù)組用了n,原數(shù)組數(shù)據(jù)每個(gè)去歸巢用了n,范圍x種個(gè)元素巢每個(gè)去趕,所以時(shí)間復(fù)雜度為2n + x,即O(n+x)
2.2.2空間復(fù)雜度
范圍x種個(gè)數(shù)據(jù)需要開辟x個(gè)元素巢的數(shù)組,所以空間復(fù)雜度為O(x)
二、桶排序
1.實(shí)現(xiàn)
1.1步驟
- 開辟數(shù)據(jù)范圍內(nèi)所有元素都有對(duì)應(yīng)的范圍數(shù)組組巢穴,將所有數(shù)據(jù)入范圍組巢穴先進(jìn)行第一輪巢穴外的排好序,此時(shí)巢外已經(jīng)有序了
- 再進(jìn)行第二輪各自巢穴內(nèi)的排好序,此時(shí)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(gè)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(yàn)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(jì)算元素應(yīng)該屬于哪個(gè)桶 int index = (int)((num - minVal) / bucketRange); // 處理最大值剛好落在最后一個(gè)桶外的情況 if (index == bucketCount) index--; buckets.get(index).add(num); } // Step 4: 對(duì)每個(gè)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(shí)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(jìn)行個(gè)位排序,能實(shí)現(xiàn)個(gè)位一位數(shù)有序
- 個(gè)位有序下,再進(jìn)行十位優(yōu)先排序,能實(shí)現(xiàn)十位個(gè)位兩位數(shù)有序
- 十個(gè)位有序下,再進(jìn)行百位優(yōu)先排序,能實(shí)現(xiàn)百位十位個(gè)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(jìn)行計(jì)數(shù)排序(從低位到高位) int exp = 1; // 從個(gè)位開始 while (maxNum / exp > 0) { // 初始化10個(gè)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(dāng)前位分配到桶中 for (int num : arr) { int digit = (num / exp) % 10; // 提取當(dāng)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)
到此這篇關(guān)于Java算法之計(jì)數(shù)排序、桶排序、基數(shù)排序?qū)崿F(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java計(jì)數(shù)排序、桶排序、基數(shù)排序內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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