资深程序员的完美收官之：基数排序的使用

绝地灬酷狼 2022-01-23 05:33 179阅读 0赞

还有什么能够阻挡，我对自由的向往。伴随着歌声的渐入，是我渐渐明白了一个资深的程序员在其收官之前需要深刻认识到如何使用基数排序，这是非常关键的问题，我们不容小觑，下面来简单介绍一下：

基数排序是一种非比较型整数排序算法，其原理是将整数按位数切割成不同的数字，然后按每个位数分别比较。由于整数也可以表达字符串（比如名字或日期）和特定格式的浮点数，所以基数排序也不是只能使用于整数。

### 1. 基数排序 vs 计数排序 vs 桶排序 ###

基数排序有两种方法：

这三种排序算法都利用了桶的概念，但对桶的使用方法上有明显差异：

*  基数排序：根据键值的每位数字来分配桶；
 *  计数排序：每个桶只存储单一键值；
 *  桶排序：每个桶存储一定范围的数值；

### 2.动画示意图 ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2R5cTE5OTU_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

### 3.代码实现 ###

### JavaScript实例 ###

//LSD Radix Sort
    var counter = [];
    function radixSort(arr, maxDigit) {
        var mod = 10;
        var dev = 1;
        for (var i = 0; i < maxDigit; i++, dev *= 10, mod *= 10) {
            for(var j = 0; j < arr.length; j++) {
                var bucket = parseInt((arr[j] % mod) / dev);
                if(counter[bucket]==null) {
                    counter[bucket] = [];
                }
                counter[bucket].push(arr[j]);
            }
            var pos = 0;
            for(var j = 0; j < counter.length; j++) {
                var value = null;
                if(counter[j]!=null) {
                    while ((value = counter[j].shift()) != null) {
                          arr[pos++] = value;
                    }
              }
            }
        }
        return arr;
    }

### Java实现 ###

/**
     * 基数排序
     * 考虑负数的情况还可以参考： https://code.i-harness.com/zh-CN/q/e98fa9
     */
    public class RadixSort implements IArraySort {
    
        @Override
        public int[] sort(int[] sourceArray) throws Exception {
            // 对 arr 进行拷贝，不改变参数内容
            int[] arr = Arrays.copyOf(sourceArray, sourceArray.length);
    
            int maxDigit = getMaxDigit(arr);
            return radixSort(arr, maxDigit);
        }
    
        /**
         * 获取最高位数
         */
        private int getMaxDigit(int[] arr) {
            int maxValue = getMaxValue(arr);
            return getNumLenght(maxValue);
        }
    
        private int getMaxValue(int[] arr) {
            int maxValue = arr[0];
            for (int value : arr) {
                if (maxValue < value) {
                    maxValue = value;
                }
            }
            return maxValue;
        }
    
        protected int getNumLenght(long num) {
            if (num == 0) {
                return 1;
            }
            int lenght = 0;
            for (long temp = num; temp != 0; temp /= 10) {
                lenght++;
            }
            return lenght;
        }
    
        private int[] radixSort(int[] arr, int maxDigit) {
            int mod = 10;
            int dev = 1;
    
            for (int i = 0; i < maxDigit; i++, dev *= 10, mod *= 10) {
                // 考虑负数的情况，这里扩展一倍队列数，其中 [0-9]对应负数，[10-19]对应正数 (bucket + 10)
                int[][] counter = new int[mod * 2][0];
    
                for (int j = 0; j < arr.length; j++) {
                    int bucket = ((arr[j] % mod) / dev) + mod;
                    counter[bucket] = arrayAppend(counter[bucket], arr[j]);
                }
    
                int pos = 0;
                for (int[] bucket : counter) {
                    for (int value : bucket) {
                        arr[pos++] = value;
                    }
                }
            }
    
            return arr;
        }
    
        /**
         * 自动扩容，并保存数据
         *
         * @param arr
         * @param value
         */
        private int[] arrayAppend(int[] arr, int value) {
            arr = Arrays.copyOf(arr, arr.length + 1);
            arr[arr.length - 1] = value;
            return arr;
        }
    }

### PHP实例： ###

### C++实例 ###

int maxbit(int data[], int n) //辅助函数，求数据的最大位数
    {
        int maxData = data[0];              ///< 最大数
        /// 先求出最大数，再求其位数，这样有原先依次每个数判断其位数，稍微优化点。
        for (int i = 1; i < n; ++i)
        {
            if (maxData < data[i])
                maxData = data[i];
        }
        int d = 1;
        int p = 10;
        while (maxData >= p)
        {
            //p *= 10; // Maybe overflow
            maxData /= 10;
            ++d;
        }
        return d;
    /*    int d = 1; //保存最大的位数
        int p = 10;
        for(int i = 0; i < n; ++i)
        {
            while(data[i] >= p)
            {
                p *= 10;
                ++d;
            }
        }
        return d;*/
    }
    void radixsort(int data[], int n) //基数排序
    {
        int d = maxbit(data, n);
        int *tmp = new int[n];
        int *count = new int[10]; //计数器
        int i, j, k;
        int radix = 1;
        for(i = 1; i <= d; i++) //进行d次排序
        {
            for(j = 0; j < 10; j++)
                count[j] = 0; //每次分配前清空计数器
            for(j = 0; j < n; j++)
            {
                k = (data[j] / radix) % 10; //统计每个桶中的记录数
                count[k]++;
            }
            for(j = 1; j < 10; j++)
                count[j] = count[j - 1] + count[j]; //将tmp中的位置依次分配给每个桶
            for(j = n - 1; j >= 0; j--) //将所有桶中记录依次收集到tmp中
            {
                k = (data[j] / radix) % 10;
                tmp[count[k] - 1] = data[j];
                count[k]--;
            }
            for(j = 0; j < n; j++) //将临时数组的内容复制到data中
                data[j] = tmp[j];
            radix = radix * 10;
        }
        delete []tmp;
        delete []count;
    }

### C实例： ###

#include<stdio.h>
    #define MAX 20
    //#define SHOWPASS
    #define BASE 10
    
    void print(int *a, int n) {
      int i;
      for (i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d\t", a[i]);
      }
    }
    
    void radixsort(int *a, int n) {
      int i, b[MAX], m = a[0], exp = 1;
    
      for (i = 1; i < n; i++) {
        if (a[i] > m) {
          m = a[i];
        }
      }
    
      while (m / exp > 0) {
        int bucket[BASE] = { 0 };
    
        for (i = 0; i < n; i++) {
          bucket[(a[i] / exp) % BASE]++;
        }
    
        for (i = 1; i < BASE; i++) {
          bucket[i] += bucket[i - 1];
        }
    
        for (i = n - 1; i >= 0; i--) {
          b[--bucket[(a[i] / exp) % BASE]] = a[i];
        }
    
        for (i = 0; i < n; i++) {
          a[i] = b[i];
        }
    
        exp *= BASE;
    
    #ifdef SHOWPASS
        printf("\nPASS   : ");
        print(a, n);
    #endif
      }
    }
    
    int main() {
      int arr[MAX];
      int i, n;
    
      printf("Enter total elements (n <= %d) : ", MAX);
      scanf("%d", &n);
      n = n < MAX ? n : MAX;
    
      printf("Enter %d Elements : ", n);
      for (i = 0; i < n; i++) {
        scanf("%d", &arr[i]);
      }
    
      printf("\nARRAY  : ");
      print(&arr[0], n);
    
      radixsort(&arr[0], n);
    
      printf("\nSORTED : ");
      print(&arr[0], n);
      printf("\n");
    
      return 0;
    }

### Lua实例 ###

-- 获取表中位数
    local maxBit = function (tt)
        local weight = 10;      -- 十進制
        local bit = 1;
       
        for k, v in pairs(tt) do
            while v >= weight do
                weight = weight * 10;
                bit = bit + 1;  
            end
        end
        return bit;
    end
    -- 基数排序
    local radixSort = function (tt)
        local maxbit = maxBit(tt);
    
        local bucket = {};
        local temp = {};
        local radix = 1;
        for i = 1, maxbit do
            for j = 1, 10 do
                bucket[j] = 0;      --- 清空桶
            end
            for k, v in pairs(tt) do
                local remainder = math.floor((v / radix)) % 10 + 1;    
                bucket[remainder] = bucket[remainder] + 1;      -- 每個桶數量自動增加1
            end
           
            for j = 2, 10 do
                bucket[j] = bucket[j - 1] + bucket[j];  -- 每个桶的数量 = 以前桶数量和 + 自个数量
            end
            -- 按照桶的位置，排序--这个是桶式排序，必须使用倒序，因为排序方法是从小到大，顺序下来，会出现大的在小的上面清空。
            for k = #tt, 1, -1 do
                local remainder = math.floor((tt[k] / radix)) % 10 + 1;
                temp[bucket[remainder]] = tt[k];
                bucket[remainder] = bucket[remainder] - 1;
            end
            for k, v in pairs(temp) do
                tt[k] = v;
            end
            radix = radix * 10;
        end
    end;

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2R5cTE5OTU_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220123/bfa7887ca48a49c8be6c2b4eb01ad830.png