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基数排序法

说明

在之前所介绍过的排序方法,都是属于「比较性」的排序法,也就是每次排序时 ,都是比较整个键值的大小以进行排序。

这边所要介绍的「基数排序法」(radix sort)则是属于「分配式排序」(distribution sort),基数排序法又称「桶子法」(bucket sort)或bin sort,顾名思义,它是透过键值的部份资讯,将要排序的元素分配至某些「桶」中,藉以达到排序的作用,基数排序法是属于稳定性的排序,其时间複杂度为O (nlog(r)m),其中r为所採取的基数,而m为堆数,在某些时候,基数排序法的效率高于其它的比较性排序法。

解法

基数排序的方式可以採用LSD(Least sgnificant digital)或MSD(Most sgnificant digital),LSD的排序方式由键值的最右边开始,而MSD则相反,由键值的最左边开始。

以LSD为例,假设原来有一串数值如下所示:

73, 22, 93, 43, 55, 14, 28, 65, 39, 81

首先根据个位数的数值,在走访数值时将它们分配至编号0到9的桶子中:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
81 65 39
43 14 55 28
93
22 73

接下来将这些桶子中的数值重新串接起来,成为以下的数列:

81, 22, 73, 93, 43, 14, 55, 65, 28, 39

接着再进行一次分配,这次是根据十位数来分配:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
28 39
14 22 43 55 65 73 81 93

接下来将这些桶子中的数值重新串接起来,成为以下的数列:

14, 22, 28, 39, 43, 55, 65, 73, 81, 93

这时候整个数列已经排序完毕;如果排序的对象有三位数以上,则持续进行以上的动作直至最高位数为止。

LSD的基数排序适用于位数小的数列,如果位数多的话,使用MSD的效率会比较好,MSD的方式恰与LSD相反,是由高位数为基底开始进行分配,其他的演 算方式则都相同。

参考代码

C

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#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 

int main(void) { 
    int data[10] = {73, 22, 93, 43, 55, 14, 28, 65, 39, 81}; 
    int temp[10][10] = {0}; 
    int order[10] = {0}; 
    int i, j, k, n, lsd; 
    
    k = 0; 
    n = 1; 

    printf("\n排序前: "); 
    for(i = 0; i < 10; i++) 
        printf("%d ", data[i]); 

    putchar('\n'); 

    while(n <= 10) { 
        for(i = 0; i < 10; i++) { 
            lsd = ((data[i] / n) % 10); 
            temp[lsd][order[lsd]] = data[i]; 
            order[lsd]++; 
        } 

        printf("\n重新排列: "); 
        for(i = 0; i < 10; i++) { 
            if(order[i] != 0) 
                for(j = 0; j < order[i]; j++) { 
                    data[k] = temp[i][j]; 
                    printf("%d ", data[k]); 
                    k++; 
                } 
            order[i] = 0; 
        } 

        n *= 10; 
        k = 0; 
    } 

    putchar('\n'); 
    printf("\n排序后: "); 
    for(i = 0; i < 10; i++) 
        printf("%d ", data[i]); 

    return 0; 
}

Java

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public class RadixSort {
    public static void sort(int[] number, int d) {
        int k = 0;
        int n = 1;
        
        int[][] temp = new int[number.length][number.length];
        int[] order = new int[number.length];
        
        while(n <= d) { 
            for(int i = 0; i < number.length; i++) { 
                int lsd = ((number[i] / n) % 10); 
                temp[lsd][order[lsd]] = number[i]; 
                order[lsd]++; 
            } 

            for(int i = 0; i < number.length; i++) { 
                if(order[i] != 0) 
                    for(int j = 0; j < order[i]; j++) { 
                        number[k] = temp[i][j];  
                        k++; 
                    } 
                order[i] = 0; 
            } 

            n *= 10; 
            k = 0; 
        } 
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] data = 
           {73, 22, 93, 43, 55, 14, 28, 65, 39, 81, 33, 100}; 
        
        RadixSort.sort(data, 100);
        
        for(int i = 0; i < data.length; i++) {
            System.out.print(data[i] + " ");   
        }
    }
}