简单桶排序

这是简化版的桶排序,真实的桶排序要更复杂些。

一个班有5个学生,举行了一次考试,总分是10分,5个学生的成绩分别是 5、6、2、0、5。现在需要按成绩从最低分到最高分排序。
成绩分布的所有可能是0分到10分共11种可能(就好比11个桶),使用一维数组 a[0]~a[10] 表示各个分数的人数,比如 a[5] = 2 表示成绩为5分的有2个学生。先置其初始值为0,表示暂时还没有学生得到过相应的分数,第一个学生是5分,记 a[5] = a[5] + 1,第二个学生是6分,记 a[6] = a[6] + 1,依次类推。得出的结果如下:

a[0] a[1] a[2] a[3] a[4] a[5] a[6] a[7] a[8] a[9] a[10]
1 0 1 0 0 2 1 0 0 0 0

从0到10开始遍历数组 a,该项的值为多少则打印多少次,比如 a[5] = 2,打印2次5,a[3] = 0 则不打印。代码实现如下:

  • 简单桶排序
public class SimpleBucketSort {
    public static void main(String[] args) {
        int[] data = new int[] {5, 6, 2, 0, 5};
        sort(data, 10);
    }

    public static void sort(int[] data, int max) {
        int[] bucket = new int[max + 1];
        for (int i = 0, size = data.length; i < size; i++) {
            bucket[data[i]]++;
        }
        for (int i = 0, size = max + 1; i < size; i++) {
            for (int j = 0; j < bucket[i]; j++) {
                System.out.println(i);
            }
        }
    }
}

运行结果:
0
2
5
5
6

再来看看该算法的时间复杂度,第一个 for 循环了 M 次(M为待排序的个数),第二个 for 循环里嵌套了一个 for 循环,循环了 N + M 次(N为桶的个数),所以整个算法的时间负杂度为 O(2M+N)=O(M+N)。

顺便说说在写这个简单桶排序时候的一些思考。桶排序的一个问题在于桶的数量为多少更为合适,假设需要排序的数的范围是 0~1000,但是待排序的数只有5个,比如为 200、212、226、207、210。这种情况下,需要创建1001个桶,显然存在很大的空间浪费。想到的第一个解决办法是使用待排序的最大数减去待排序的最小数,即只创建 226 - 200 + 1 = 27 个桶。但是这样又带来了四个新问题,一是需要额外的基数来对应桶的真实位置,比如27个桶,构造一维数组像这样 int[] bucket = new int[27],但是这里的 bucket[0] 其实并不是表示数值 0,而是表示数值 200,这样的话,就需要一个额外的基数 200 来加上当前的索引才能表示真实的数值,这增加了算法的复杂性;二是需要额外地先计算出待排序数组的最大值和最小值,这增加了计算量,还可能需要引入其他的算法来完成这个操作;三是并没有从根本上解决问题,如果待排序数分布为 50、0、1000、564、877,那么同样需要1001个桶;四是违背了笔者写这篇文章的初衷,这篇文章是入门级的,旨在对简单桶排序有一个简单了解,突出的是简单桶排序本身,而并不想让太多其他次要的东西所干扰。基于上述四点考虑,就放弃了这种做法,之所以在这里提出来,是希望能对简单桶排序有一个更清晰的认识。

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