数据结构算法介绍之基数排序(Radix Sort)

一、基数排序算法简介

（1）概念：基数排序（Radix sort）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。

基数排序是非比较型整数排序算法，其原理是将整数按位分割进行排序。基数排序适用于大范围数据排序，打破了计数排序的限制。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。

（2）2种排序方式：

最低位优先法(LSD)：从最低位向最高位依次按位进行排序。

最高位优先法(MSD)：从最高位向最低位依次按位进行排序。

（3）按位分割小技巧

arr[i] / digit % 10，其中digit为10^n。

总结：

将所有待比较数值（正整数）统一为同样的数位长度，数位较短的数前面补零。然后，从最低位开始，依次进行一次排序。这样从最低位排序一直到最高位排序完成以后, 数列就变成一个有序序列。

基数排序的方式可以采用LSD（Least significant digital）或MSD（Most significant 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。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的方式与LSD相反，是由高位数为基底开始进行分配，但在分配之后并不马上合并回一个数组中，而是在每个“桶子”中建立“子桶”，将每个桶子中的数值按照下一数位的值分配到“子桶”中。在进行完最低位数的分配后再合并回单一的数组中。

二、基数排序算法示意图：

 

 

 

三、基数排序算法代码展示：

C语言代码：

#include<math.h>
testBS()
{
    inta[] = {2, 343, 342, 1, 123, 43, 4343, 433, 687, 654, 3};
    int *a_p = a;
    //计算数组长度
    intsize = sizeof(a) / sizeof(int);
    //基数排序
    bucketSort3(a_p, size);
    //打印排序后结果
    inti;
    for(i = 0; i < size; i++)
    {
        printf("%d\n", a[i]);
    }
    intt;
    scanf("%d", t);
}
//基数排序
voidbucketSort3(int *p, intn)
{
    //获取数组中的最大数
    intmaxNum = findMaxNum(p, n);
    //获取最大数的位数，次数也是再分配的次数。
    intloopTimes = getLoopTimes(maxNum);
    inti;
    //对每一位进行桶分配
    for(i = 1; i <= loopTimes; i++)
    {
        sort2(p, n, i);
    }
}
//获取数字的位数
intgetLoopTimes(intnum)
{
    intcount = 1;
    inttemp = num / 10;
    while(temp != 0)
    {
        count++;
        temp = temp / 10;
    }
    returncount;
}
//查询数组中的最大数
intfindMaxNum(int *p, intn)
{
    inti;
    intmax = 0;
    for(i = 0; i < n; i++)
    {
        if(*(p + i) > max)
        {
            max = *(p + i);
        }
    }
    returnmax;
}
//将数字分配到各自的桶中，然后按照桶的顺序输出排序结果
voidsort2(int *p, intn, intloop)
{
    //建立一组桶此处的20是预设的根据实际数情况修改
    intbuckets[10][20] = {};
    //求桶的index的除数
    //如798个位桶index=(798/1)%10=8
    //十位桶index=(798/10)%10=9
    //百位桶index=(798/100)%10=7
    //tempNum为上式中的1、10、100
    inttempNum = (int)pow(10, loop - 1);
    inti, j;
    for(i = 0; i < n; i++)
    {
        introw_index = (*(p + i) / tempNum) % 10;
        for(j = 0; j < 20; j++)
        {
            if(buckets[row_index][j] == NULL)
            {
                buckets[row_index][j] = *(p + i);
                break;
            }
        }
    }
    //将桶中的数，倒回到原有数组中
    intk = 0;
    for(i = 0; i < 10; i++)
    {
        for(j = 0; j < 20; j++)
        {
            if(buckets[i][j] != NULL)
            {
                *(p + k) = buckets[i][j];
                buckets[i][j] = NULL;
                k++;
            }
        }
    }
}

JAVA语言：

public class RadixSort
{
    public static void sort(int[] number, int d) //d表示最大的数有多少位
    {
        intk = 0;
        intn = 1;
        intm = 1; //控制键值排序依据在哪一位
        int[][]temp = newint[10][number.length]; //数组的第一维表示可能的余数0-9
        int[]order = newint[10]; //数组order[i]用来表示该位是i的数的个数
        while(m <= d)
        {
            for(inti = 0; i < number.length; i++)
            {
                intlsd = ((number[i] / n) % 10);
                temp[lsd][order[lsd]] = number[i];
                order[lsd]++;
            }
            for(inti = 0; i < 10; i++)
            {
                if(order[i] != 0)
                    for(intj = 0; j < order[i]; j++)
                    {
                        number[k] = temp[i][j];
                        k++;
                    }
                order[i] = 0;
            }
            n *= 10;
            k = 0;
            m++;
        }
    }
    public static void main(String[] args)
    {
        int[]data =
        {73, 22, 93, 43, 55, 14, 28, 65, 39, 81, 33, 100};
        RadixSort.sort(data, 3);
        for(inti = 0; i < data.length; i++)
        {
            System.out.print(data[i] + "");
        }
    }
}

Python语言：

#!/usr/bin/env python
#encoding=utf-8
 
import math
 
def sort(a, radix=10):
    """a为整数列表， radix为基数"""
    K = int(math.ceil(math.log(max(a), radix))) # 用K位数可表示任意整数
    bucket = [[] for i in range(radix)] # 不能用 [[]]*radix
    for i in range(1, K+1): # K次循环
        for val in a:
            bucket[val%(radix**i)/(radix**(i-1))].append(val) # 析取整数第K位数字 （从低到高）
        del a[:]
        for each in bucket:
            a.extend(each) # 桶合并
        bucket = [[] for i in range(radix)]

四、基数排序算法性能分析：

 时间效率 [1]  ：设待排序列为n个记录，d个关键码，关键码的取值范围为radix，则进行链式基数排序的时间复杂度为O(d(n+radix))，其中，一趟分配时间复杂度为O(n)，一趟收集时间复杂度为O(radix)，共进行d趟分配和收集。 空间效率：需要2*radix个指向队列的辅助空间，以及用于静态链表的n个指针。